KR20120050497A - Metrology module for laser system - Google Patents
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Abstract
레이저 시스템(100)은 레이저(110), 상기 레이저를 포함하는 하우징(101), 및 상기 레이저 시스템의 작동중에 상기 레이저로부터의 레이저 광선을 수신하도록 배치된 제1 챔버(120)를 포함한다. 상기 시스템은 또한, 상기 제1 챔버를 인접 챔버와 분리하고, 레이저 광선(201)의 경로에 배치되며, 상기 제1 챔버(225)와 인접 챔버 사이에 창을 형성하는 제1 광학소자(220); 상기 제1 광학소자(220)로부터의 상류 또는 하류의 광선(201)의 경로에 배치되는 빔 스플리터(210); 및 광선 검출 장치(240)를 포함한다. 상기 시스템의 작동중에, 상기 빔 스플리터(210)는 레이저 광선(201)을 수신하여, 상기 광선 검출 장치로, 메인 빔(201)으로서 레이저 광선의 제1 부분을 투과하고, 제1 서브 빔으로서 상기 레이저 광선의 제2 부분(202, 203)을 지향시킨다.The laser system 100 includes a laser 110, a housing 101 containing the laser, and a first chamber 120 arranged to receive laser beams from the laser during operation of the laser system. The system also separates the first chamber from the adjacent chamber, is disposed in the path of the laser beam 201, and the first optical element 220 forming a window between the first chamber 225 and the adjacent chamber. ; A beam splitter 210 disposed in a path of the light beam 201 upstream or downstream from the first optical element 220; And a ray detection device 240. During operation of the system, the beam splitter 210 receives the laser beam 201 and transmits the first portion of the laser beam as the main beam 201 to the beam detection apparatus and as the first sub beam. Directing the second portions 202, 203 of the laser beam.
Description
본 발명은 2009년 8월 26일자로 출원되고 발명의 명칭이 "셔터 및 계측 어셈블리"인 임시 특허출원번호 제61/237,025호를 기초로 우선권 주장을 수반하는 출원이며, 그 전체 내용은 참조로 여기에 통합된다.This invention is an application accompanied by a priority claim on the basis of Provisional Patent Application No. 61 / 237,025, filed August 26, 2009, entitled "Shutter and Metrology Assembly," the entire contents of which are hereby incorporated by reference. Is incorporated in.
본 발명은 레이저 시스템에 관한 것으로, 더 자세하게는 레이저 시스템용 계측 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a laser system, and more particularly to a measurement module for a laser system.
전기 방전식 가스 레이저는 공지되어 있고, 레이저는 1960년대에 발명된 직후부터 실용화되었다. 두 전극 사이에서의 고전압 방전을 통해 레이저 가스가 자극되어, 기체상의 이득 매질(gaseous gain medium)이 생성된다. 이득 매질을 포함하는 공명 캐비티(resonance cavity)에서 빛이 자극되어 증폭된 다음 레이저 광선의 형태로 캐비티로부터 방출된다. 대부분의 방전식 가스 레이저는 펄스 모드에서 작동된다. 전기 방적식 가스 레이저의 특정 유형이 엑시머 레이저(excimer laser)이다. 집적 회로의 리소그래피에 유용한 엑시머 레이저의 실시 형태는 2009년 7월 28일에 발행되고 발명의 명칭이 "초협대역이고 2챔버를 갖는 고반복율 가스 방전 레이저시스템"인 미국특허 제7,567,607호에 기재되어 있다.Electrically discharged gas lasers are known and have been put into practical use just after they were invented in the 1960s. The high voltage discharge between the two electrodes stimulates the laser gas, producing a gaseous gain medium. In a resonance cavity containing a gain medium, light is stimulated and amplified and then emitted from the cavity in the form of a laser beam. Most discharge gas lasers operate in pulse mode. A particular type of electrospun gas laser is an excimer laser. Embodiments of excimer lasers useful for lithography of integrated circuits are disclosed in US Pat. No. 7,567,607, issued on July 28, 2009 and entitled "High Repetition Rate Gas Discharge Laser Systems with Ultra-Narrow Band and Two Chambers". .
집적 회로 리소그래피용으로 사용되는 경우, 엑시머 레이저는 통상적으로 집적 회로 제조 라인에서 연속적으로 작동된다. 라인이 정지되면 매우 큰 비용이 든다. 이러한 이유로 구성 요소의 대부분은 신속하게 교체할 수 있는 모듈로 구성된다.When used for integrated circuit lithography, excimer lasers are typically operated continuously in an integrated circuit fabrication line. It is very expensive to stop the line. For this reason, most of the components consist of modules that can be replaced quickly.
레이저 시스템에서 사용되는 계측 모듈의 실시 형태는 공지되었다. 모듈형태의 계측 모듈은 레이저 시스템 내에서의 설치 및 교체 작업들을 용이하게 한다. 더욱이, 모듈은 레이저 시스템의 하우징 내의 작은 공간에 설치될 수 있도록 비교적 소형이다.Embodiments of metrology modules used in laser systems are known. The modular instrumentation module facilitates installation and replacement operations in the laser system. Moreover, the module is relatively small so that it can be installed in a small space in the housing of the laser system.
일부 실시 형태에서, 계측 모듈은 산업 환경에서의 혹독한 연장 사용에 견딜 수 있는 광학 어셈블리를 특별히 포함한다. 예를 들어, 모듈들은, 리소그래피 도구에 사용되는 레이저 시스템과 같은 고출력 자외선 레이저 시스템에서 사용된다. 상기 모듈은, 고출력 자외선 레이저 광선에 반복적으로 노출되지만 상대적으로 천천히 열화되는 광학 요소를 포함시킬 수 있다.In some embodiments, the metrology module specifically includes an optical assembly that can withstand harsh extended use in an industrial environment. For example, modules are used in high power ultraviolet laser systems, such as laser systems used in lithography tools. The module may include an optical element that is repeatedly exposed to high power ultraviolet laser beam but degrades relatively slowly.
특정 실시 형태에서, 계측 모듈은 박막의 광학 코팅이 없는 벌크 부품(예컨대, 코팅되지 않은 쐐기형 요소, 코팅되지 않은 병렬평판 플레이트, 또는 코팅되지 않은 렌즈)인 광학소자를 특별히 포함한다. 특정 조건에서, 벌크 광학 요소는, 그러한 환경에서 열화되는 광학 코팅보다, 고출력 레이저 광선에 길게 노출되어도 견딜 수 있다. 따라서 코팅되지 않은 광학소자를 사용하여 더 강력한 계측 모듈을 제공할 수 있다.In certain embodiments, the metrology module specifically includes optical elements that are bulk components without thin optical coatings (eg, uncoated wedge elements, uncoated parallel plate plates, or uncoated lenses). Under certain conditions, the bulk optical element can withstand longer exposure to high power laser beams than optical coatings that degrade in such environments. Thus, an uncoated optical element can be used to provide a more powerful metrology module.
실시 형태에서, 모듈은 아웃고잉(outgoing) 레이저 광선에 심각한 열화를 유발하지 않고도 메인 빔으로부터 하나 또는 그 이상의 서브 빔을 도출하는 빔 픽오프부(pick off)를 포함한다. 상기 서브 빔은, 예를 들어, 비교적 파면 왜곡(wavefront distortion)이 적고, 메인 빔과 비슷한 편광을 가지며, 계측 모듈의 광학소자에서의 이차적인 반사로부터(예컨대, 제2 표면으로부터) 용이하게 분리되어 생성되므로, 다양한 계량 계측에 유용한 서브 빔이 만들어진다.In an embodiment, the module includes a beam pick off that derives one or more sub-beams from the main beam without causing significant degradation in the outgoing laser beam. The sub-beams, for example, have relatively low wavefront distortion, have a polarization similar to the main beam, and are easily separated from secondary reflection (eg, from the second surface) in the optics of the metrology module. As a result, a subbeam is made which is useful for various weighing measurements.
일부 실시 형태에서, 계측 모듈은 효율적으로 메인 레이저 빔의 편광 상태(예컨대, 직교 편광 상태의 비율)에 대한 정보를 계측할 수 있다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 특정 실시 형태에서, 계측 모듈은 레이저 빔의 전파 방향(포인팅)에서의 변형을 모니터링할 수 있다.In some embodiments, the metrology module can efficiently measure information about the polarization state (eg, the ratio of orthogonal polarization states) of the main laser beam. Alternatively, or in addition, in certain embodiments, the metrology module may monitor the deformation in the direction of propagation (pointing) of the laser beam.
본 발명(들)의 다양한 측면은 이하에 요약된다.Various aspects of the invention (s) are summarized below.
개괄적으로, 일 국면에서, 본 발명의 특징적인 레이저 시스템은, 레이저와; 상기 레이저와, 상기 레이저 시스템 작동 중에 상기 레이저로부터의 레이저 광선(laser radiation)을 받도록 배치된 제1 챔버(예컨대, 퍼지 용적부(purge volume))로 이루어지는 하우징과; 상기 제1 챔버를 인접 챔버와 분리하고, 레이저 광선의 경로에 배치되며, 상기 제1 챔버와 상기 인접 챔버 사이에 창을 형성하는 제1 광학소자와; 상기 제1 광학소자로부터의 상류 및 하류의 경로에 장착된 빔 스플리터(beam splitter),; 및 광선 검출 장치;를 포함한다. 상기 레이저 시스템의 작동 중에, 상기 빔 스플리터가 레이저 광선을 수신하여, 상기 광선 검출 장치로, 메인 빔으로서 레이저 광선의 제1 부분을 전달하며(transmit), 제1 서브 빔으로서의 레이저 광선의 제2 부분을 지향시킨다(direct).In general, in one aspect, a characteristic laser system of the present invention comprises a laser; A housing comprising the laser and a first chamber (eg, purge volume) disposed to receive laser radiation from the laser during operation of the laser system; A first optical element that separates the first chamber from an adjacent chamber, is disposed in a path of a laser beam, and forms a window between the first chamber and the adjacent chamber; Beam splitters mounted in paths upstream and downstream from the first optical element; And a ray detection device. During operation of the laser system, the beam splitter receives a laser beam and transmits to the beam detection device a first portion of the laser beam as a main beam and a second portion of the laser beam as a first sub beam. Direct.
상기 레이저의 실시 형태는 하나 또는 그 이상의 다음과 같은 특징 및/또는 다른 국면의 특징들을 포함한다. 예를 들어, 상기 광선은 300nm미만의 파장(248nm 또는 193nm의 파장)을 갖는다. 상기 레이저는 엑시머 레이저이다. 상기 레이저는 아르곤 플루오르화 레이저 가스 매질(argon fluoride lasing gas medium)을 포함한다. Embodiments of the laser include one or more of the following features and / or other aspects. For example, the light ray has a wavelength of less than 300 nm (wavelength of 248 nm or 193 nm). The laser is an excimer laser. The laser comprises an argon fluoride lasing gas medium.
상기 빔 스플리터와 광선 검출 장치가 상기 제1 챔버 내에 배치된다. 상기 제1 서브 빔을 형성하는, 레이저 광선의 제2 부분이 상기 빔 스플리터의 표면에서 반사된다. The beam splitter and the ray detection device are disposed in the first chamber. A second portion of the laser beam, which forms the first sub beam, is reflected at the surface of the beam splitter.
상기 제1 광학소자는, 작동중에 메인 빔의 경로와는 상이한 경로를 따라 제2 서브 빔으로서의 레이저 광선의 제3 부분을 지향시키는 제2 빔 스플리터이다. 상기 레이저 시스템은, 상기 제1 광선 검출 장치와는 상이한 제2 광선 검출 장치를 포함하고, 상기 제2 광선 검출장치는 제2 서브 빔을 받도록 위치된다. The first optical element is a second beam splitter which, during operation, directs a third portion of the laser beam as the second sub beam along a path different from the path of the main beam. The laser system includes a second light detection device different from the first light detection device, and the second light detection device is positioned to receive a second sub beam.
상기 광학소자는 쐐기형상(wedge-shaped)의 소자이다. 상기 광학소자가 상기 빔 스플리터로 인한 메인 빔의 편향 또는 오프셋을 보상함으로써, 상기 광학소자와 상호 작용 이후의 메인 빔의 경로가 상기 빔 스플리터 상으로 입사하는 광선의 경로와 평행하게 된다.The optical element is a wedge-shaped element. The optical element compensates for the deflection or offset of the main beam due to the beam splitter such that the path of the main beam after interaction with the optical element is parallel to the path of the light beam incident on the beam splitter.
상기 빔 스플리터가 상기 광선의 제3 부분을 제1 서브 빔의 방향과는 상이한 방향으로 제2 서브 빔으로서 지향시킨다. 상기 빔 스플리터는 제1 표면과, 상기 제1 표면과 평행하지 않는 제2 표면을 포함하고, 상기 제1 표면은 상기 광선으로부터 제1 서브 빔을 도출하고, 상기 제2 표면은 상기 광선으로부터 제2 서브 빔을 도출한다.The beam splitter directs the third portion of the light beam as a second sub beam in a direction different from the direction of the first sub beam. The beam splitter includes a first surface and a second surface that is not parallel to the first surface, wherein the first surface derives a first sub beam from the light beam, and the second surface is second from the light beam. Derive the sub-beam.
상기 빔 스플리터는 쐐기형상의 부재이다. 일부 실시 형태에서, 상기 빔 스플리터와 상기 광학소자 모두가 쐐기형상 부재이다. 상기 쐐기형상 부재들 모두는 제1 광학면(optical surface)을 갖고, 상기 빔 스플리터의 제1 광학면은 상기 광학소자의 제1 광학면과 평행하다. 상기 레이저 광선은 상기 빔 스플리터의 제1 표면으로 입사되고, 레이저 광선의 메인 빔은 상기 광학소자의 제1 광학면을 통해 출사된다.The beam splitter is a wedge-shaped member. In some embodiments, both the beam splitter and the optical element are wedge shaped members. All of the wedge-shaped members have a first optical surface, and the first optical surface of the beam splitter is parallel to the first optical surface of the optical element. The laser beam is incident on the first surface of the beam splitter, and the main beam of laser beam is emitted through the first optical surface of the optical element.
상기 빔 스플리터와 상기 광학소자 모두는, 서로 대향하고 서로에 대해 평행한 제2 광학면을 각각 갖는다. 상기 쐐기형상 부재는 모두 동일한 쐐기 각도(wedge angle)를 갖는다. 상기 레이저 광선의 경로상에 있는 상기 쐐기형상 부재의 일부는 비코팅면(uncoated surface)(예컨대, 상기 표면은 반사방지 코팅과 같은 광학 코팅이 없음)으로 이루어진다. 상기 빔 스플리터와 제1 광학소자 중 어느 하나 또는 이들 모두는 비코팅면을 포함한다.Both the beam splitter and the optical element each have a second optical surface facing each other and parallel to each other. The wedge-shaped members all have the same wedge angle. A portion of the wedge shaped member on the path of the laser beam consists of an uncoated surface (eg, the surface is free of optical coating such as antireflective coating). Either or both of the beam splitter and the first optical element comprise an uncoated surface.
상기 제1 광학소자는, 광선이 제1 광학소자의 적어도 하나의 표면상에 브루우스터의 각도(Brewster's angle)로 입사하도록 배치된다.The first optical element is arranged such that a light beam is incident on Brewster's angle on at least one surface of the first optical element.
상기 챔버는 상기 인접 챔버로부터 밀폐된다.The chamber is sealed from the adjacent chamber.
개괄적으로, 추가의 국면에서, 본 발명의 특징적인 어셈블리는, 제1 벽와 상기 제1 벽에 대향하는 제2 벽으로 이루어지고, 상기 제1 벽은 제1 조리개를 포함하고, 상기 제2 벽은 제2 조리개를 포함하는 챔버와,; 상기 제1 조리개와 제2 조리개 사이의 경로에서 챔버 내에 배치된 제1 빔 스플리터와,; 상기 제2 조리개에 위치된 광학소자,; 및 광선 검출 장치;를 포함한다. 상기 빔 스플리터는, 받아진 광선이 상기 제1 조리개를 통과하는 경로를 따라 상기 챔버로 들어가고, 광선의 일부가 메인 빔으로서 상기 추가적인 광학소자로 지향되며, 제1 서브 빔으로서의 레이저 광선의 제2 부분이 상기 광선 검출 장치로 지향하도록 위치된다.In general terms, in a further aspect, the characteristic assembly of the invention consists of a first wall and a second wall opposite the first wall, the first wall comprising a first aperture and the second wall being A chamber including a second aperture; A first beam splitter disposed in the chamber in a path between the first and second apertures; An optical element positioned at the second aperture; And a ray detection device. The beam splitter enters the chamber along a path through which the received light beam passes the first aperture, a portion of the light beam being directed to the additional optical element as a main beam, and a second portion of the laser light beam as the first sub beam. This is positioned to direct to the ray detection device.
상기 어셈블리의 실시 형태는 하나 또는 그 이상의 다음과 같은 특징 및/또는 다른 국면의 특징들을 포함한다. Embodiments of the assembly include one or more of the following features and / or other aspects of the features.
개괄적으로, 또다른 국면에서, 본 발명의 특징적인, 레이저 빔의 편광에 대한 정보를 계측하는 장치는: 챔버와,; 상기 챔버 안에 배치되어, 작동중에 레이저로부터의 광선을 받아, 광선의 일부를 메인 빔으로서 제1 빔 경로를 따라 지향시키고, 광선의 제2 부분을 제1 서브 빔을 제2 빔 경로를 따라 지향시키는 제1 빔 스플리터를 포함한다. 상기 장치는,: 광선 검출 장치와,; 상기 제1 서브 빔을 받도록 배치되어, 상기 제1 서브 빔으로부터 제2 서브 빔을 도출하여, 상기 제2 서브 빔을 상기 광선 검출 장치로 지향시키는 제2 빔 스플리터,; 및 상기 제1 빔 스플리터와 제2 빔 스플리터 사이의 제1 서브 빔의 경로에 배치되어, 상기 제1 서브 빔의 편광 상태를 변경하도록 구성된 광학장치;를 더 포함한다.In general, in another aspect, an apparatus for measuring information about polarization of a laser beam, which is characteristic of the present invention, comprises: a chamber; Disposed in the chamber to receive a beam of light from the laser during operation to direct a portion of the beam as a main beam along the first beam path and to direct a second portion of the beam to the first sub-beam along the second beam path. And a first beam splitter. The apparatus comprises: a ray detection device; A second beam splitter arranged to receive the first sub beam, to derive a second sub beam from the first sub beam, and direct the second sub beam to the light beam detecting apparatus; And an optical device disposed in a path of a first sub beam between the first beam splitter and the second beam splitter, the optical device being configured to change a polarization state of the first sub beam splitter.
상기 장치의 실시 형태는 하나 또는 그 이상의 다음과 같은 특징 및/또는 다른 국면의 특징들을 포함한다. 예를 들어, 상기 제1 빔 스플리터와 제2 빔 스플리터는 각각 반사면을 갖고, 작동중에, 상기 제1 빔 스플리터의 반사면은 제2 빔 경로를 따라 광선의 제2 부분을 반사하고, 상기 제2 빔 스플리터의 반사면은 제1 서브 빔의 광선의 일부를 반사하여 제2 서브 빔을 형성하며, 상기 반사면들과 광학장치는, 상기 제2 서브 빔이 메인 빔과 실질적으로 동일한, 직교 편광이 혼합된 가시광선(light)을 갖도록 배치된다. Embodiments of the device include one or more of the following features and / or other aspects of the features. For example, the first beam splitter and the second beam splitter each have a reflecting surface, and in operation, the reflecting surface of the first beam splitter reflects a second portion of the light beam along a second beam path, The reflective surface of the two-beam splitter reflects a portion of the light rays of the first sub-beam to form a second sub-beam, wherein the reflective surfaces and the optics are orthogonal polarized light, wherein the second sub-beam is substantially the same as the main beam. It is arranged to have this mixed visible light.
상기 제1 빔 스플리터와 제2 빔 스플리터는, 상기 제2 빔 스플리터가 메인 빔과 실질적으로 동일한, 직교 편광이 혼합된 광선(radiation)을 갖도록 배치된다. The first beam splitter and the second beam splitter are arranged such that the second beam splitter has a radiation with mixed orthogonal polarization substantially the same as the main beam.
상기 제1 빔 스플리터와 제2 빔 스플리터는, 상기 제2 빔 스플리터가 메인 빔과 동등한, 두개의 직교하는 선형 편광방향의 투과율(transmittance)을 갖춘 광선을 갖도록 배치된다.The first beam splitter and the second beam splitter are arranged such that the second beam splitter has light rays with transmittance in two orthogonal linear polarization directions, which are equivalent to the main beam.
상기 광선 검출 장치는 디어테뉴에이션(diattenuation)가 없다.The ray detection device has no diattenuation.
상기 제1 빔 스플리터와 제2 빔 스플리터의 각각은 반사면을 갖고, 작동중에, 상기 제1 빔 스플리터의 반사면은 상기 제2 빔 경로를 따르는 광선의 제2 부분을 반사하고, 상기 제2 빔 스플리터의 반사면은 상기 제1 서브 빔의 광선의 일부를 반사하여 제2 서브 빔을 형성하며, 상기 반사면은, 상기 제2 서브 빔의 경로에 광학 장치가 없는 경우, 상기 제2 서브 빔이 메인 빔과 실질적으로 동일한, 직교 편광이 혼합된 광선을 갖도록 배치된다.Each of the first beam splitter and the second beam splitter has a reflecting surface, and during operation, the reflecting surface of the first beam splitter reflects a second portion of the beam along the second beam path, and the second beam The reflecting surface of the splitter reflects a portion of the light rays of the first sub beam to form a second sub beam, and the reflecting surface is the second sub beam when there is no optical device in the path of the second sub beam. Orthogonal polarization, substantially the same as the main beam, is arranged to have mixed light rays.
상기 광학장치는 편광 회전기이다. 상기 편광 회전기는 90°로 회전하여 제1 서브 빔의 편광상태를 형성한다.The optical device is a polarization rotator. The polarization rotator rotates by 90 ° to form a polarization state of the first sub beam.
상기 광학장치는 복굴절(birefringent) 소재로 형성된 광학소자를 포함한다. 상기 광학 장치는 리타더(retarder)(예컨대, 반파장판(half-wave plate))이다.The optical device includes an optical element formed of a birefringent material. The optical device is a retarder (eg, half-wave plate).
일부 실시 형태에서, 상기 광학장치는 광학 활성물질(optically-active material)로 형성된 광학소자를 포함한다. 상기 광학장치는 쐐기형상의 부재이다. 상기 광학 활성물질은 결정성 석영(crystalline quartz)이다.In some embodiments, the optical device includes an optical element formed of an optically-active material. The optical device is a wedge-shaped member. The optically active material is crystalline quartz.
상기 광선 검출 장치는 제2 서브 빔의 출력(power) 또는 에너지를 검출한다.The ray detection device detects power or energy of the second sub-beam.
상기 장치는 제3 빔 스플리터와 제2 광선 검출 장치를 포함하여, 상기 제3 빔 스플리터는, 제1 서브 빔의 경로, 또는 제2 빔 스플리터로부터 전송된 서브 빔의 경로에 위치되고, 작동중에 상기 제3 빔 스플리터가, 제1 서브 빔 또는 전송된 서브 빔으로부터 제3 서브 빔을 도출하여, 제3 서브 빔을 상기 제2 광선 검출 장치로 지향시킨다. 상기 제3 빔 스플리터는 제1 빔 스플리터와 제2 빔 스플리터 사이의, 제1 서브 빔의 경로에 배치된다. 제3 빔 스플리터는 상기 제1 빔 스플리터와 상기 광학장치 사이의, 제1 서브 빔의 경로에 배치된다. 상기 제1 빔 스플리터, 상기 제2 빔 스플리터 및 상기 제3 빔 스플리터와 상기 광학 장치는, 상기 제2 서브 빔과 상기 제3 서브 빔이 각각의 서브 빔들의 경로에 규정된 좌표계에 대해 상기 메인 빔과 실질적으로 동일한 편광 상태를 갖도록 배치된다. 상기 제1 빔 스플리터, 상기 제2 빔 스플리터 및 상기 제3 빔 스플리터와 상기 광학 장치는, 상기 제3 서브 빔의 편광 상태가 각각의 서브 빔들의 경로에 규정된 좌표계에 대해 상기 제2 서브 빔의 편광 상태로부터 실질적으로 90°로 회전되도록 배치된다. 상기 제1 빔 스플리터, 상기 제2 빔 스플리터 및 상기 제3 빔 스플리터는, 상기 제2 서브 빔과 상기 제3 서브 빔이, 제1 서브 빔의 경로에 광학 장치가 없는 상태에서, 상기 메인 빔과 실질적으로 동일한 편광 상태를 갖도록 배치된다. 상기 제1 빔 스플리터, 상기 제2 빔 스플리터 및 상기 제3 빔 스플리터와 상기 광학 장치는, 상기 제3 서브 빔의 편광 상태가, 제1 서브 빔의 경로에 광학 장치가 없는 상태에서, 상기 제2 서브 빔의 편광 상태로부터 실질적으로 90°로 회전되도록 배치된다.The apparatus includes a third beam splitter and a second beam splitter, wherein the third beam splitter is located in the path of the first sub-beam or in the path of the sub-beam transmitted from the second beam splitter and in operation A third beam splitter derives a third sub beam from the first sub beam or the transmitted sub beam and directs the third sub beam to the second light beam detection device. The third beam splitter is disposed in the path of the first sub beam between the first beam splitter and the second beam splitter. A third beam splitter is disposed in the path of the first sub beam between the first beam splitter and the optics. The first beam splitter, the second beam splitter, the third beam splitter, and the optical device are configured such that the main beam is relative to a coordinate system in which the second sub beam and the third sub beam are defined in a path of respective sub beams. And are arranged to have substantially the same polarization state. The first beam splitter, the second beam splitter, the third beam splitter, and the optical device are configured such that the polarization state of the third sub beam is determined by the coordinate system of the second sub beam with respect to a coordinate system defined in the path of each sub beam. It is arranged to rotate substantially 90 ° from the polarization state. The first beam splitter, the second beam splitter, and the third beam splitter may include the main beam and the second sub beam and the third sub beam in a state where there is no optical device in a path of the first sub beam. It is arranged to have substantially the same polarization state. The second beam splitter, the second beam splitter, the third beam splitter, and the optical device may be configured such that the polarization state of the third sub beam is in a state in which there is no optical device in a path of the first sub beam. It is arranged to rotate substantially 90 ° from the polarization state of the sub-beam.
개괄적으로, 추가의 국면에서, 본 발명의 특징적인, 레이저 빔의 편광에 대한 정보를 계측하는 장치는: 제1 빔 스플리터와,; 제2 빔 스플리터,; 및 광선 검출 장치;를 포함한다. 작동중에 제1 빔 스플리터는, 레이저로부터 광선을 받아, 메인 빔으로서 광선의 일부를 제1 빔 경로를 따라 보내고, 및 제1 서브 빔으로서 광선의 제2 부분을 제2 빔 경로를 따라 보내며,; 제2 빔 스플리터는 제1 서브 빔을 받도록 배치되어, 제1 서브 빔으로부터 제2 서브 빔을 도출하여, 제2 서브 빔을 광선 검출 장치에 보내고,; 및 제1 빔 스플리터와 제2 빔 스플리터는, 제1 빔 스플리터에 대한 레이저 빔의 입사 평면이, 제2 빔 스플리터에 대한 레이저 빔의 입사 평면과 평행하지 않도록 설정된다.In general, in a further aspect, an apparatus for measuring information about polarization of a laser beam, which is characteristic of the present invention, includes: a first beam splitter; A second beam splitter; And a ray detection device. In operation, the first beam splitter receives a beam of light from the laser, sending a portion of the beam as a main beam along the first beam path, and sending a second portion of the beam as a first sub-beam along the second beam path; The second beam splitter is arranged to receive the first sub beam, derives the second sub beam from the first sub beam, and sends the second sub beam to the ray detection apparatus; And the first beam splitter and the second beam splitter are set such that the plane of incidence of the laser beam with respect to the first beam splitter is not parallel to the plane of incidence of the laser beam with respect to the second beam splitter.
상기 장치의 실시 형태는 하나 또는 그 이상의 다음과 같은 특징 및/또는 다른 국면의 특징들을 포함한다. 예를 들어, 상기 장치는 제1 빔 스플리터와 제2 빔 스플리터 사이의 제1 서브 빔의 경로에 배치되고, 제1 서브 빔의 편광 상태를 변경하도록 설정되는 광학 장치를 포함한다.Embodiments of the device include one or more of the following features and / or other aspects of the features. For example, the apparatus includes an optical device disposed in the path of the first sub-beam between the first beam splitter and the second beam splitter and set to change the polarization state of the first sub-beam.
일부 실시 형태에서, 상기 장치는 제3 빔 스플리터와 제2 광선 검출 장치를 포함하고,: 상기 제3 빔 스플리터는 제2 빔 스플리터의 전송 광선의 경로에 위치하며, 작동중에, 제3 빔 스플리터는 전송된 빔으로부터 제2 광선 검출 장치까지의 제3 서브 빔을 도출하고, 및 상기 제3 빔 스플리터는, 제3 빔 스플리터에 대한 레이저 빔의 입사 평면이, 제1 빔 스플리터에 대해 레이저 빔의 입사 평면과 평행하도록 설정된다. 상기 제3 서브 빔은, 제2 서브 빔으로서의 직교 편광 상태의 실질적으로 다른 혼합의 광선을 갖는다. 제3 서브 빔의 편광 상태를 변경하도록 구성된 광학 장치를 포함한다. 제3 서브 빔과 제2 서브 빔이 제1 광선 검출 장치와 제2 광선 검출 장치를 보정하는 데에 사용된다.In some embodiments, the device comprises a third beam splitter and a second beam splitter, wherein the third beam splitter is located in the path of the transmission beam of the second beam splitter and, during operation, the third beam splitter is Derive a third sub-beam from the transmitted beam to the second light beam detection device, and wherein the third beam splitter has a plane of incidence of the laser beam with respect to the third beam splitter, the incident of the laser beam with respect to the first beam splitter It is set to be parallel to the plane. The third sub-beam has light rays of substantially different mixing in the orthogonal polarization state as the second sub-beam. An optical device configured to change the polarization state of the third sub-beam. The third sub beam and the second sub beam are used to correct the first light beam detecting device and the second light beam detecting device.
개괄적으로, 또다른 국면에서, 본 발명의 특징적인, 레이저 빔의 편광 상태에 대한 정보를 모니터링하는 방법은,: 레이저로부터의 제이저 광선을 메인 빔과 서브 빔으로 분리하는 단계와; 상기 서브 빔의 출력 또는 에너지에 대한 제1 계측을 행하는 단계와; 상기 서브 빔의 출력 또는 에너지에 대한 계측으로서, 상기 서브의 편광 상태를 변경하는 단계를 포함하는, 제2 계측을 행하는 단계; 및 제1 계측과 제2 계측을 기초로 레이저 빔의 편광에 대한 정보를 결정하는 단계로 이루어지고, 상기 정보를 결정하는 단계는 제1 계측 및 제2 계측에서의 각각의 출력 또는 에너지 간의 비율 또는 차이를 계산하는 단계를 포함한다.In general, in another aspect, a method of monitoring information about a polarization state of a laser beam, which is characteristic of the present invention, includes: separating a Jay beam from a laser into a main beam and a sub beam; Making a first measurement of the output or energy of the sub-beam; Performing a second measurement comprising measuring a polarization state of the sub as a measurement of the output or energy of the sub beam; And determining information about the polarization of the laser beam based on the first and second measurements, wherein determining the information comprises a ratio between each output or energy in the first and second measurements, or Calculating the difference.
상기 방법의 실시 형태는 하나 또는 그 이상의 다음과 같은 특징 및/또는 다른 국면의 특징들을 포함한다. 예를 들어, 상기 서브 빔의 편광 상태를 변경하는 단계는 상기 서브 빔의 편광 상태를 90°로 회전하는 단계를 포함한다.Embodiments of the method include one or more of the following features and / or other aspects of the features. For example, changing the polarization state of the sub-beam includes rotating the polarization state of the sub-beam by 90 °.
개괄적으로, 또다른 국면에서, 본 발명의 특징적인, 레이저 빔의 편광 상태에 대한 정보를 모니터링하는 방법은: 레이저 빔으로부터 제1 서브 빔과 제2 서브 빔을 도출하는 단계와; 제1 광선 검출 장치를 사용한, 상기 제1 서브 빔의 출력 또는 에너지에 대한 제1 계측을 행하는 단계와; 제1 광선 검출 장치와 상이한 제2 광선 검출 장치를 사용한, 상기 제2 서브 빔의 출력 또는 에너지에 대한 제2 계측을 행하는 단계,; 및 제1 계측과 제2 계측을 기초로 레이저 빔의 편광 상태에 대한 정보를 결정하는 단계;를 포함하고, 상기 편광 상태에 대한 정보를 결정하는 단계는 제1 계측 및 제2 계측에서의 각각의 출력 또는 에너지 간의 비율 또는 차이를 계산하는 단계를 포함한다.In general, in another aspect, a method of monitoring information about a polarization state of a laser beam, which is characteristic of the present invention, includes: deriving a first subbeam and a second subbeam from a laser beam; Making a first measurement of the output or energy of the first sub-beam, using a first light detection device; Performing a second measurement on the output or energy of the second sub-beam, using a second light detection device different from the first light detection device; And determining information about the polarization state of the laser beam based on the first measurement and the second measurement, wherein determining the information about the polarization state comprises the respective measurements in the first measurement and the second measurement. Calculating a ratio or difference between the outputs or energies.
상기 방법의 실시 형태는 하나 또는 그 이상의 다음과 같은 특징 및/또는 다른 국면의 특징들을 포함한다. 예를 들어, 상기 제1 계측과 제2 계측을 동시에 실행한다. 제2 서브 빔의 편광 상태는 실질적으로, 제1 서브 빔의 편광 상태로부터 90°로 회전된다.Embodiments of the method include one or more of the following features and / or other aspects of the features. For example, the first measurement and the second measurement are simultaneously executed. The polarization state of the second sub-beam is substantially rotated by 90 ° from the polarization state of the first sub-beam.
개괄적으로, 또다른 국면에서, 본 발명의 특징적인, 레이저 빔의 편광 상태에 대한 정보를 모니터링하는 방법은: 레이저 빔으로부터 제1 서브 빔과 제2 서브 빔을 도출하는 단계와,; 제1 광선 검출 장치와 제2 광선 검출 장치를 사용한, 상기 제1 서브 빔과 제2 서브 빔의 출력 또는 에너지에 대한 제1 계측을 행하는 단계와,; 제1 광선 검출 장치와 제2 광선 검출 장치의 각각을 사용한, 상기 제1 서브 빔과 제2 서브 빔의 출력 또는 에너지에 대한 제2 계측을 행하는 단계로서, 상기 제1 계측과 상기 제2 계측 중 어느 하나에 제1 서브 빔의 편광 상태를 회전시키는 단계를 포함하는 단계와,; 제1 계측에 기초하여 캘리브레이션 계수를 결정하는 단계로서, 제1 서브 빔의 에너지의 제1 측정과, 제2 서브 빔의 에너지의 제1 측정과의 사이의 비율 또는 차이를 계산하는 단계를 포함하는 단계,; 및 제2 측정과 캘리브레이션 계수를 기초로 레이저 빔의 편광 상태에 관한 내용을 결정하는 단계;를 포함하고, 상기 편광 상태에 대한 정보를 결정하는 단계에 제1 서브 빔과 제2 서브 빔의 각각의 에너지에 대한 각각의 제2 측정 간의 비율과 차이를 계산하는 단계를 포함한다.In general, in another aspect, a method of monitoring information about a polarization state of a laser beam, which is characteristic of the present invention, includes: deriving a first subbeam and a second subbeam from a laser beam; Performing a first measurement on the output or energy of the first sub-beam and the second sub-beam, using a first light detector and a second light detector; Performing a second measurement on the output or energy of the first sub-beam and the second sub-beam using each of the first light-detection device and the second light-detection device, wherein the first measurement and the second measurement Rotating at one of the polarization states of the first sub-beam; Determining a calibration factor based on the first measurement, comprising calculating a ratio or difference between the first measurement of energy of the first sub-beam and the first measurement of energy of the second sub-beam step,; And determining contents relating to the polarization state of the laser beam based on the second measurement and the calibration coefficients, wherein determining the information on the polarization state comprises determining each of the first and second subbeams. Calculating a ratio and a difference between each second measurement of energy.
상기 방법의 실시 형태는 하나 또는 그 이상의 다음과 같은 특징 및/또는 다른 국면의 특징들을 포함한다. 예를 들어, 제1 서브 빔과 제2 서브 빔을 각각 사용하는 각각의 상기 제1 계측들을 동시에 실행한다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 제1 서브 빔과 제2 서브 빔을 각각 사용하는 각각의 상기 제2 계측들을 동시에 실행한다.Embodiments of the method include one or more of the following features and / or other aspects of the features. For example, each of the first measurements using the first sub beam and the second sub beam are performed simultaneously. Alternatively, or in addition, each of the second measurements using the first sub beam and the second sub beam are performed simultaneously.
상기 캘리브레이션 계수는, 상기 제1 서브 빔과 상기 제2 서브 빔이 메인 빔과 실질적으로 동일한 편광 상태를 가질 때 결정된다.The calibration coefficient is determined when the first and second sub beams have substantially the same polarization state as the main beam.
상기 제2 서브 빔의 편광 상태가 실질적으로 제1 서브 빔의 편광 상태로부터 90°로 회전된다.The polarization state of the second sub-beam is substantially rotated by 90 ° from the polarization state of the first sub-beam.
개괄적으로, 또다른 국면에서, 본 발명의 특징적인, 레이저 빔의 전파 방향의 변화를 모니터링하는 장치는,: 레이저 빔으로부터 서브 빔을 도출하도록 배치되는 빔 스플리터와,; 작동중에 광선의 위치의 변화를 모니터링하는 센서와,; 상기 빔 스플리터와 광선의 센서 사이의 서브 빔의 경로에 배치되고, 상기 서브 빔을 상기 센서 상에 초점을 맞추는 광학소자,; 및 상기 광학소자와 상기 센서 사이에 배치되는 광변환 플레이트(light conversion plate)를 포함한다. 작동중에, 상기 광변환 플레이트가 제1 파장의 서브 빔의 광선을 흡수하고, 광선을 제1 파장과 상이한 제2 파장으로 방출하며, 제2 파장의 광선은 센서에 의해 검출 가능하다.In general, in another aspect, an apparatus for monitoring a change in the propagation direction of a laser beam, characterized in that the invention comprises: a beam splitter arranged to derive a sub-beam from a laser beam; A sensor for monitoring a change in the position of the beam during operation; An optical element disposed in a path of a sub beam between the beam splitter and a sensor of a light beam and focusing the sub beam on the sensor; And a light conversion plate disposed between the optical element and the sensor. In operation, the light conversion plate absorbs light rays of the sub-beams of the first wavelength, emits light rays at a second wavelength different from the first wavelength, and the light rays of the second wavelength are detectable by the sensor.
상기 장치의 실시 형태는 하나 또는 그 이상의 다음과 같은 특징 및/또는 다른 국면의 특징들을 포함한다. 예를 들어, 상기 광학소자는 렌즈 또는 미러이다. 상기 센서는 위치 민감형 다이오드 또는 사분면 포토다이오드(quadrant photodiode)이다. 상기 센서는 최대 치수를 갖는 검출면을 포함하고, 상기 광변환 플레이트는 상기 검출면의 최대 치수보다 적은 두께의 플레이트를 갖는다.Embodiments of the device include one or more of the following features and / or other aspects of the features. For example, the optical element is a lens or a mirror. The sensor is a position sensitive diode or quadrant photodiode. The sensor includes a detection surface having a maximum dimension, and the light conversion plate has a plate less than the maximum dimension of the detection surface.
상기 플레이트의 두께는 상기 검출면의 최대 치수의 절반보다 적다(예컨대, 상기 검출면의 최대 치수의 4분의 1보다 적다). 상기 광변환 플레이트는 상기 검출면의 최대 치수와 상기 플레이트의 두께의 두배를 더한 것보다 더 큰 최대 치수를 갖는다.The thickness of the plate is less than half of the maximum dimension of the detection surface (eg less than one quarter of the maximum dimension of the detection surface). The light conversion plate has a larger maximum dimension than the maximum dimension of the detection surface plus twice the thickness of the plate.
상기 장치는 상기 광변환 플레이트를 지지하는 기판을 포함하고, 상기 기판은 상기 형광 플레이트와 상기 센서 사이에 위치되며, 작동중에 상기 형광 플레이트 상에 입사되는 적어도 일부의 광선이, 기판으로 이어지고, 상기 기판의 에지로 안내되는 웨이브이다.The apparatus includes a substrate supporting the light conversion plate, the substrate being positioned between the fluorescent plate and the sensor, at least some of the light rays incident on the fluorescent plate during operation, leading to the substrate, and the substrate The wave is guided to the edge of.
또다른 국면에서, 본 바렴의 특징적인 시스템은, 레이저 및 이전 국면의 장치를 포함하고, 상기 시스템의 작동중에, 상기 레이저가, 상기 서브 빔을 도출하는 상기 빔 스플리터로부터 레이저 빔을 제공한다. 상기 레이저는 엑시머 레이저이다. 상기 레이저 빔은 248nm 또는 193nm의 파장을 갖는다.In another aspect, the characteristic system of the present invention comprises a laser and a device of the previous aspect, wherein during operation of the system the laser provides a laser beam from the beam splitter which derives the sub beam. The laser is an excimer laser. The laser beam has a wavelength of 248 nm or 193 nm.
상기 시스템은 상기 센서와 통신하는 전자처리 장치(예컨대, 전자제어장치)를 포함하고, 상기 전자처리 장치는, 센서로부터의 정보를 수신하고, 상기 레이저 빔의 방향의 변화에 대한 정보를 출력하도록 프로그래밍된다.The system includes an electronic processing device (eg, an electronic controller) in communication with the sensor, the electronic processing device being programmed to receive information from the sensor and output information about the change in the direction of the laser beam. do.
본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시 형태의 상세는 첨부 도면에서 제시되고, 이하에 기재된다. 그밖의 특징 및 이점은 그 기재와 도면, 그리고 청구항들을 통해 명확해진다.The details of one or more embodiments of the invention are set forth in the accompanying drawings and are described below. Other features and advantages will be apparent from the description, drawings, and claims.
도 1은 레이저 시스템의 실시 형태의 다양한 구성 요소를 나타내는 도면이다.
도 2는 레이저 빔 픽오프 어셈블리 및 셔터 어셈블리의 실시 형태를 나타낸다.
도 3은 레이저 빔 픽오프 어셈블리 및 셔터 어셈블리의 실시 형태를 나타낸다.
도 4는 중성 편광의 에너지 계측을 위한 구성의 실시 형태를 나타낸다.
도 5는 입사 각도의 함수로서의 p-편광 및 s-편광의 반사율의 구성을 나타낸다.
도 6은 레이저를 발하는 광선의 중성 편광의 에너지 계측을 위한 구성의 실시 형태를 나타낸다.
도 7A는 레이저를 발하는 광선의 편광 계측을 위한 구성의 실시 형태를 나타낸다.
도 7B는 도 7A에 나타난 장치를 사용한, 편광 계측을 위한 플로우 차트이다
도 8은 편광 비율의 함수로서의, 에너지 검출기에서의 상대적인 신호의 그래프를 나타낸다.
도 9는 동시적인 중성 편광의 에너지 계측 및 편광 계측을 위한 구성의 실시 형태를 나타낸다.
도 1OA는 도 9에 도시된 설정을 캘리브레이션하기 위한 구성을 나타낸다.
도 1OB는 도 1OA의 시스템을 사용하는 방법에 대한 플로우 차트이다.
도 1OC는 도 1OA의 시스템을 사용하는 또다른 방법에 대한 플로우 차트이다.
도 11은 빔 포인팅 계측 어셈블리의 실시 형태를 나타낸다.
도 12는 다이오드에서의 산출 빔 강도의 구성을 나타낸다.
도 13은 두개의 하위 모듈을 갖는 계측 모듈의 실시 형태를 나타낸다.
도 14는 도 13의 계측 모듈의 실시 형태를 나타낸다.
도 15는 레이저 빔의 이차원 이미징을 위한 구성의 실시 형태를 나타낸다.
도 16A는 검출기 어셈블리의 실시 형태를 나타낸다.
도 16B는 검출기 어셈블리의 또다른 실시 형태를 나타낸다.
도 17은 CCD 카메라로 계측된 이미지를 나타낸다.
도 18은 스페클 콘트라스트 계측을 위한 어셈블리의 실시 형태를 나타낸다.
도 19는 도 18의 계측 어셈블리를 위한 폴딩 스킴(foling scheme)을 나타낸다.
도 20은 각종 계측을 위한 카메라의 레이아웃을 나타낸다.
도 21은 샤프트 씰을 사용하는 회전형 피드스루(feedthrough)의 실시 형태를 나타낸다.
도 22는 수동 구동부의 실시 형태를 나타낸다.
도 23A는 공압 구동식 리니어 액츄에어터의 실시 형태를 나타낸다.
도 23B는 도 23A의 공압 구동식 리니어 액츄에이터의 확대도이다.
도 24는 마이크로 리소그래피(microlithography) 장치의 실시 형태를 나타낸다.1 is a diagram illustrating various components of an embodiment of a laser system.
2 illustrates an embodiment of a laser beam pickoff assembly and a shutter assembly.
3 shows an embodiment of a laser beam pickoff assembly and a shutter assembly.
4 shows an embodiment of a configuration for energy measurement of neutral polarized light.
5 shows the configuration of the reflectances of p- and s-polarized light as a function of the angle of incidence.
6 shows an embodiment of a configuration for measuring energy of neutral polarization of light beams emitting a laser.
FIG. 7A shows an embodiment of a configuration for polarization measurement of light beams emitting lasers. FIG.
FIG. 7B is a flow chart for polarization measurement using the apparatus shown in FIG. 7A
8 shows a graph of relative signals at an energy detector as a function of polarization ratio.
9 shows an embodiment of a configuration for energy measurement and polarization measurement of simultaneous neutral polarization.
FIG. 10A illustrates a configuration for calibrating the settings shown in FIG. 9.
FIG. 1OB is a flow chart of a method of using the system of FIG. 10A.
FIG. 1OC is a flow chart for another method of using the system of FIG. 10A.
11 illustrates an embodiment of a beam pointing metrology assembly.
12 shows the configuration of the output beam intensity in the diode.
13 shows an embodiment of a metrology module having two submodules.
FIG. 14 shows an embodiment of the measurement module of FIG. 13.
15 shows an embodiment of a configuration for two-dimensional imaging of a laser beam.
16A shows an embodiment of a detector assembly.
16B shows another embodiment of a detector assembly.
17 shows an image measured by a CCD camera.
18 shows an embodiment of an assembly for speckle contrast measurement.
FIG. 19 illustrates a folding scheme for the metrology assembly of FIG. 18.
20 shows the layout of a camera for various measurements.
21 shows an embodiment of a rotary feedthrough using a shaft seal.
22 shows an embodiment of the manual drive unit.
Fig. 23A shows an embodiment of a pneumatically driven linear actuator.
FIG. 23B is an enlarged view of the pneumatically driven linear actuator of FIG. 23A. FIG.
24 shows an embodiment of a microlithography apparatus.
여러 도면의 유사한 참조부호들은 유사한 요소들을 가리킨다.Like reference numerals in the various drawings indicate like elements.
도 1을 참조하면, 레이저 시스템(100)은 레이저 모듈(110), 계측 모듈(120) 전자 모듈(130), 및 가스 공급부(140)를 둘러싸는 하우징(101)을 포함한다. 레이저 모듈(110)과 계측 모듈(120)은 퍼지 용적부(151) 내에서 더 둘러싸이며, 퍼지 용적부(151)에는 가스 공급부(140)가 연결된다. 가스 공급부(140)와 퍼지부(150)는 레이저 모듈과 계측 모듈이 작동할 수 있는 제어된 분위기를 제공한다. 전자 모듈(120)은 레이저 모듈(110) 및 계측 모듈(120)과 통신하여 시스템의 작동을 제어한다. 레이저 시스템(100)의 작동 중에, 레이저 모듈(110)은 계측 모듈(120)로 지향하는 레이저 광선을 생성한다. 계측 모듈(120)은, 광선이 출력 빔(160)으로서 시스템(100)을 나가기 전에, 레이저 광선의 다양한 속성을 계측한다.Referring to FIG. 1, the
레이저 모듈(110)은, 광학 캐비티, 이득 매체(gain medium), 펌프 (예컨대, 광학 펌프) 및 관련 레이저 광학부(laser optics)을 포함한다. 일부 실시 형태에서는 레이저 모듈(110)은 엑시머 레이저 모듈이다.The
계측 모듈(120)은, 각종 광학소자와, 레이저 모듈(110)에서 받은 광선의 특성화를 위한 하나 또는 그 이상의 광선 검출기를 포함한다. 계측 모듈(120)에 포함될 수 있는 광학 어셈블리의 다양한 실시 형태는 이하에 설명된다.The
전자 모듈(130)은 전자제어장치와 전원공급부를 포함한다. 광선 검출기의 출력은, 레이저 모듈(110)에 보낸 전기 신호를 차례로 제어하는 전자 모듈(130)과 인터페이스로 연결되어, 레이저 캐비티의 작동에 영향을 주거나 작동을 수정한다.The
가스 공급부(140)는 가스처리장치를 포함하고 퍼지 용적부(151)로 퍼징 가스를 공급한다. 일부 실시 형태에서, 상기 퍼지 용적부는, 레이저 광선이 전파되는 레이저 시스템(100)의 일부에 해당한다. 가스 공급부(140)는 상기 퍼지 용적부에, 광선의 전파에 적합한 가스, 예를 들어, 광선에 대하여 불활성인 가스를 공급한다. 특정 실시 형태에서는, 상기 퍼지 용적부가 질소로 퍼징될 수 있다.The
퍼지 용적부(151)는 단일의 용적부로서 도 1에 도시되며, 일반적으로 퍼지 용적부의 구조는 변경할 수 있다. 예를 들어, 퍼지 용적부(151)는 각각이 그외의 것에 대해 씰링된 다수의 챔버를 포함한다. 일반적으로 퍼지 용적부(151)는, 레이저 광선이 레이저 시스템(100)을 나가기 전에, 레이저 광선이 전파되는 제어된 분위기를 제공한다.The
더욱이, 레이저 모듈(110)과 계측 모듈(120)은 일반적으로 퍼지 용적부(151) 안에 전체적으로 포함된 것으로 도시되어 있지만, 이들 모듈 중 어느 한 구성 요소는 퍼지 용적부의 외부에 수용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 형태에서, 계측 모듈(120)의 검출기는 퍼지 용적부(151)의 외부에 놓인다. 이러한 배치에는 퍼지 용적부에 근접하게 검출기의 입력면(input face)을 배치하는 것을 포함한다. 이 배열은, 검출기의 입력면만 퍼지 용적부 내에 씰링되면 이점을 갖는다. 검출기의 외부가 퍼지 용적부의 바깥에 배치됨으로써, 퍼지 용적부에서의 전기 도선(feedthrough)의 사용을 최소화할 수 있다. 대안적인 실시 형태에서, 레이저 모듈 및 계측 모듈에 대해 하나의 신호 퍼지 용적부 대신에, 복수의 퍼지 용적부가, 그 각각이 하우징 및 씰링부를 갖는 개별 용적부로 분할될 수 있다.Moreover, although the
일반적으로, 출력 빔(160)의 파장은 사용되는 레이저 모듈의 종류에 따라 다를 수 있다. 일부 실시 형태에서는 레이저 시스템(100)이 300nm 미만의 파장을 갖는 광선을 방출한다. 예를 들어, 레이저 시스템(100)은 248nm 또는 193nm의 파장을 갖는 출력 광선을 발생시키는 엑시머 레이저일 수 있다. 레이저 모듈(110)은 193nm로 출력 광선을 발생시키는, 분자 아르곤 플루오라이드(molecular argon fluoride) 와 같은 레이저 처리의 가스 매체(lasing gas medium)를 포함할 수 있다.In general, the wavelength of the
상술한 바와 같이, 일반적으로 각양각색의 상이한 어셈블리가 계측 모듈(120)에 사용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 계측 모듈(120)은 레이저 광으로부터 복수의 서브 빔 중 하나를 도출하기 위해 픽오프(pick-off) 어셈블리가 포함된다. 픽오프 어셈블리의 실시 형태는 도 2에 표시된다. 여기서, 메인 빔 픽오프 어셈블리(200)는 제1 빔 스플리터(210)와 제2 빔 스플리터(220)를 포함한다. 픽오프 어셈블리(200)는 또한 셔터 미러(230)와 파워 센서(240)를 포함한다.As noted above, in general a variety of different assemblies may be used in the
상기 양 빔 스플리터(210,220)는, 쐐기형상 부재이고, 계측 모듈로 들어가는 메인 빔(201)의 경로에 있는 각각의 빔 스플리터 표면들이 각각의 서브 빔을 픽오프한다. 상기 서브 빔은 도 2에서 도면부호 202, 203, 204 및 205로 표시된다.Both
레이저 모듈(110)을 나가는 메인 빔(201)은 빔 스플리터(210) 상에 입사되고, 메인 빔의 일부는 계측을 위한 서브 빔(202)으로서 픽오프된다. 하나 또는 그 이상의 서브 빔(예컨대, 서브 빔(202, 203))은 빔 스플리터(210)에 의해 생성된다. 메인 빔(201)의 일부는 빔 스플리터(210)를 통해 전송된 다음, 빔 스플리터(220)로 입사된다. 하나 또는 그 이상의 서브 빔(예컨대, 서브 빔(204, 205))은 빔 스플리터로부터 반사에 의해 생성될 수 있다. 메인 빔(201)의 일부는 빔 스플리터(220)를 통해 전송된 다음, 메인 빔(201)의 빔 경로으로부터 선택적으로 삽입하거나 제거하는 셔터 미러(230)로 지향한다. 셔터 미러(230)가 메인 빔(201)의 빔 경로에서 제거되면, 빔 스플리터(220)를 통해 전송되는 메인 빔(201)의 일부는 파워 센서(240)로 입사한다. 파워 센서(240)는 미국특허 제7,567,607에 기재되어 있는 타입으로 될 수 있는데, 예를 들어, 그 내용은 여기서 본 명세서 전체에 통합된다. 파워 센서(240)가 메인 빔(201)의 경로에서 제거되면, 메인 빔(201)은 계측 모듈(220)을 나와서, 레이저 시스템(100)의 하류의 추가 어플리케이션에 사용되기 위해 지향된다.The
메인 빔(201)에 대한 빔 스플리터(210)의 표면들의 배향(orientation)과, 그 표면들에서 발생하는 굴절로 인해, 메인 빔(201)은 공간적으로 오프셋되고, 빔 스플리터(210)에 의해 일단 전파된 초기 전파 방향에 대하여 편향된다. 쐐기형상의 제2 빔 스플리터(즉, 도면부호 220)는, 쐐기형상의 제1 빔 스플리터(즉, 도면부호 210)에 의해 도입된 메인 빔의 빔 오프셋과 편향을 수정할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 쐐기형상의 빔 스플리터(210)의 입구 표면(212) 및, 빔 스플리터(220)의 출구 표면(224)이 평행 (또는, 거의 평행)하게 되는 것이 유리이다.Due to the orientation of the surfaces of the
대안적으로, 또는 부가적으로, 빔 스플리터(210)의 출구 표면(214)과, 쐐기형상의 빔 스플리터(220)의 입구 표면(222)도 또한, 평행 (또는 거의 평행)할 수 있다. 이러한 구성에서는 빔 편향, 색채 효과와 빔의 확대 또는, 대칭에 의한 축소가 만약 존재해도, 상대적으로 적다. 이 쐐기형상의 빔 스플리터들의 두께와 그들 사이의 거리는 쐐기형상의 빔 스플리터에 의해 빔 오프셋을 줄이도록 선택된다. 빔 오프셋은 일부 실시 형태에서 제로로 되거나, 또는 원하는 다른 값으로 설정된다.Alternatively, or in addition, the
일부 실시 형태에서 빔 스플리터(210) 및 빔 스플리터(220)의 광학 활성 표면 어느 것도 광학 코팅을 포함하지 않는다. In some embodiments neither the
빔 스플리터의 상이한 표면들로부터 반사된 빔들의, 상대적으로 용이한 분리를 가능하게 하기 때문에, 얇고 실질적으로 병렬 평판형(plane-parallel) 빔 스플리터 보다 쐐기형상의 빔 스플리터가 유리할 수 있으며. 이는 계측을 목적으로 하는 단일의 서브 빔의 용이한 분리를 가능하게 한다. 예를 들어, 얇은 병렬 평판형의 빔 스플리터의 제1 (입구) 표면 및 제2 (출구) 표면으로부터의 입사 빔의 반사는 지나치게 간격이 벌어지고, 평행 경로를 따라 전파될 수 있어서, 하나의 서브 빔을 그외의 서브 빔으로부터 분리하기 어렵게 한다.Wedge-shaped beam splitters may be advantageous over thin and substantially parallel plane-parallel beam splitters because they allow for relatively easy separation of the beams reflected from different surfaces of the beam splitter. This allows for easy separation of a single sub beam for metrology purposes. For example, the reflection of the incident beam from the first (inlet) surface and the second (outlet) surface of the thin parallel plated beam splitter may be too spaced apart and propagate along the parallel path, so that one sub This makes it difficult to separate the beam from other sub beams.
코팅 표면을 사용하지 않는 쐐기형상의 빔 스플리터를 사용하는 것은, 광학 코팅을 활용하는 빔 스플리터보다 유익한데,(예컨대, 빔 스플리터로부터의 원하지 않는 제2 표면 반사를 줄이기 위한 반사 방지(anti-reflective, AR) 코팅), 코팅되지 않는 표면은 자연스럽게 상대적으로 낮은 반사율(예컨대, 약 1%의 범위 안)을 갖도록 배치되어, 레이저 광선(예를 들어, 지속적인 높은 출력에 노출)에 노출될 때의 광학 코팅에 의한 열화가 발생하지 않는다.Using a wedge shaped beam splitter that does not use a coating surface is more advantageous than a beam splitter utilizing optical coating (eg, anti-reflective, to reduce unwanted second surface reflections from the beam splitter). AR) coating, the uncoated surface is naturally arranged to have a relatively low reflectivity (eg, within the range of about 1%), so that the optical coating when exposed to laser light (eg, exposure to continuous high power) Deterioration does not occur.
빔 스플리터(210, 220)가 어셈블리(200) 내에서 쐐기형상을 갖지만, 일반적으로, 다른 유향의 빔 스플리터도 사용할 수 있다. 예를 들어, 병렬 평판형의 빔 스플리터(예컨대, 광학 코팅이 있거나 없거나)를 사용할 수 있다.Although the
상술한 바와 같이, 도 2에 도시된 두 개의 쐐기형상의 빔 스플리터는 4개의 개별적으로 반사된 서브 빔을 함께 제공한다. 일반적으로 이러한 서브 빔은 몇 개가 되든지 계측을 위해 사용될 수 있다. 빔 스플리터는 각 빔이 서로 다른 속성을 갖도록 설계할 수 있다. 예를 들어, 서로 상이한 빔들은, 시스템에서의 빔의 사용 방법에 따라, 다른 상대적인 출력이나 편광 특성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 형태에서, 두 개의 서브 빔은 계측에 사용되고, 다른 두개는 간단히 폐기될 수 있다(예를 들어, 빔 스톱으로 지향). 따라서, 빔 스플리터는 두 개의 폐기 서브 빔이 레이저의 편광의 정도에 따라, 에너지를 매우 적게 또는 전혀 포함하지 않도록 구성할 수 있다.As mentioned above, the two wedge shaped beam splitters shown in FIG. 2 together provide four individually reflected sub-beams. In general, any number of these subbeams can be used for metrology. The beam splitter can be designed so that each beam has different properties. For example, different beams may include different relative power or polarization characteristics, depending on how the beam is used in the system. For example, in some embodiments, two sub beams are used for metrology and the other two can simply be discarded (eg, directed to the beam stop). Thus, the beam splitter can be configured such that the two discarded sub beams contain very little or no energy, depending on the degree of polarization of the laser.
일부 실시 형태에서, 빔 스플리터의 표면은 입사 빔에 대하여 브루우스터의 각도(Brewster's angle)로 배열된다. 이 배열은 그 표면에서의 전송 손실을 줄일 수 있다(예컨대, 최소화). 브루우스터의 각도 θB는 θB = tan-1(nt/ni)로 계산되는데, 여기서, nt는 전송 매체의 굴절률이고, ni는 입사 빔이 입사되는 지점에서의 매체의 굴절률이다. 브루우스터의 각도로, 입사면에 대해 평행한 편광 성분(p-편광)을 갖는 모든 광선이 인터페이스에서 전송되면서, 입사면에 대해 수직인 입사광 편광 성분(s-편광)만 반사된다.In some embodiments, the surface of the beam splitter is arranged at Brewster's angle with respect to the incident beam. This arrangement can reduce (eg, minimize) the transmission loss at that surface. The Brewster's angle θ B is calculated as θ B = tan −1 (n t / n i ), where n t is the refractive index of the transmission medium and n i is the refractive index of the medium at the point where the incident beam is incident . At the Brewster's angle, all light rays with a polarization component (p-polarization) parallel to the plane of incidence are transmitted at the interface, reflecting only the incident light polarization component (s-polarization) perpendicular to the plane of incidence.
일부 실시 형태에서, 쐐기형상의 빔 스플리터의 내부 표면(214, 224) 모두가 그 표면에 빔 입사에 대해 브루우스터의 각도로 배열됨으로써, 메인 빔(201)에서의 전송 손실이 최소로 된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 레이저 빔이 종이 면에 대해 주로 평행하게 편광되는 것으로 가정했을 때, 브루우스터의 각도로 배열된 결과로, 서브 빔(203, 204)들은 에너지가 매우 적거나 전혀 포함하지 않는다. 그러나, 특정 실시 형태에서, 광학 어셈블리가, 충분한 에너지를 갖고 다른 광선 검출기 또는 다른 계기에 공급될 수 있는 네 개의 반사 빔의 각각을 생성하도록 배열될 수 있다.In some embodiments, both the
예를 들어, 쐐기형상의 빔 스플리터의 굴절률이 1.50인 경우(즉, 193nm의 레이저 광선 파장에서 칼슘 불화물(calcium fluoride)로 만든 빔 스플리터의 경우)를 고려하면, 외부 표면(212)은 메인 빔(201)의 빔 경로에 대하여 45°의 각도로 배향될 때(광선 검출기로 지향하는 서브 빔(202)에 대해 90°로 반사되도록 함), 빔 스플리터가 5.569°의 쐐기각도를 가지면, 쐐기형상의 빔 스플리터의 내부 표면(214)에서 브루우스터의 상태가 얻어진다. 각 쐐기형상의 표면에서의 두 개의 서로 다른 직교 선형 편광에 대한 반사율은 다음과 같다:For example, considering the case where the wedge-shaped beam splitter has a refractive index of 1.50 (i.e., a beam splitter made of calcium fluoride at a laser beam wavelength of 193 nm), the
메인 빔(201)에 대해 45°인 외부 표면(예컨대, 도면부호 212, 224) : 0.85%(p) / 9.24%(s)External surface 45 ° with respect to main beam 201 (e.g., 212 and 224): 0.85% (p) / 9.24% (s)
브루우스터의 각도인 내부 표면(예컨대, 도면부호 214, 222) : 0.00%(p) / 14.86%(s)Internal surface at Brewster's angle (eg, 214, 222): 0.00% (p) / 14.86% (s)
따라서, 이러한 구성에 대해, 메인 빔의 픽오프 어셈블리(200)로 인한 메인 빔의 총 전송 손실은, p-편광은 1.7%이고, s-편광은 40.3%이다. 만약, 레이저 빔이 거의 완전하게 p-편광인 경우 손실은 2%미만이다. 따라서, s-편광과 p-편광 사이의 투과율의 차이로 인해, 메인 빔의 픽오프 어셈블리(200)도 또한, 메인 빔(201)의 편광을 정리하는 데 도움이 된다.Thus, for this configuration, the total transmission loss of the main beam due to the
대안적으로, 만약 광선이 45°와 다른 각도로 표면(212, 224)들에 입사하면, 쐐기 각도는, 내부 표면에서 브루우스터의 각도로 매칭하도록 조정된다.Alternatively, if a ray enters
일부 실시 형태에서, 빔 스플리터(220)는 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징 파티션(225)에 통합된다. 하우징 파티션(225)은 퍼지 용적부를 규정하는 데에 사용된다. 본 실시 형태에서, 빔 스플리터(210)는 하우징 파티션(225)의 좌측에 규정된 하나의 퍼지 용적부에 위치하면서, 셔터 미러(230)는 하우징 파티션(225)의 우측에 규정된 다른 퍼지 용적부에 위치할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 빔 스플리터(220)은 계측 모듈(120)의 출구 창으로 사용되고, 일부 경우에서는 레이저 시스템(100)의 출구 창으로 사용된다.In some embodiments,
일부 실시 형태에서, 하우징 파티션(225)은, 빔 스플리터(220)와 접촉하는 인듐 필름을 포함한다. 하우징 파티션(225)에 사용되는 씰링 형태(scheme)에 따라서는, 기계적 스트레스가 빔 스플리터(220)에 가해진다. 빔 스플리터(220)에 기계적 스트레스가 가해지면 서브 빔(204 및 205)으로 파면의 변형이 유도된다. 따라서, 이러한 서브 빔은 낮은 파면 왜곡이 요구되는 계측(예컨대, 빔 프로파일 계측)에 적합하지 않다. 결과적으로, 일부 실시 형태에서, 서브 빔(204 및/또는 205)은, 예를 들어 스펙트럼이나 에너지 계측과 같은 상대적으로 파면 변형에 민감하지 않 같은 계량 계측에 사용된다. In some embodiments,
반면에, 빔 스플리터(210)는, 하우징 파티션과 통합되지 않기 때문에 빔 스플리터(220)에 비해 상대적으로 스트레스가 없도록 하는 방식으로, 어셈블리(200) 내에 설치된다. 따라서 특정 실시 형태에서, 서브 빔(202 및/또는 203)은 이미징과 같은 파면에 민감한 계측을 위해 사용된다.On the other hand, the
일반적으로, 메인 빔(201)의 다양한 속성은 서브 빔(202 내지 205)을 경유하여 계측될 수 있다. 예를 들어, 계측 모듈(120)은 메인 빔의, 하나 또는 그 이상의 빔 프로파일, 빔 위치, 빔 다이버전스, 빔 포인팅, 파면, 펄스 지속 시간, 펄스 에너지, 편광 특성, 스펙트럼, 대역폭, 파장, 스페클 콘트라스트(speckle contrast), 횡방향 또는 일시적인 가간섭성 길이(coherence length)의 측정을 위해 사용된다.In general, various attributes of the
빔 스플리터(210)가, 도 2에 도시된 실시 형태에서, 빔 스플리터(220)의 상류에 위치될 때, 대안적인 배치가 가능한다. 예를 들어, 일부 실시 형태에서, 빔 스플리터(210)는 빔 스플리터(220)로부터 하류에 위치된다. 즉, 빔(201)은 빔 스플리터(210) 이전에 빔 스플리터(220)에 입사된다.When the
셔터 미러(230)는 레이저 시스템(100)으로부터의 빔(201)의 출력을 제어하고, 선택적으로 미러를 메인 빔(201)의 경로에 삽입하는 액츄에이터(예컨대, 전자기계 액츄에이터)에 연결된다. 셔터 미러(230)가 메인 빔(201)의 경로에 삽입되면 레이저 시스템(100)을 나가는 광선 출력이 없다(또는 무시할 정도로 적다). 대신에, 메인 빔은 셔터 미러(230)로부터 빔 덤프(예컨대, 수냉 빔 덤프)로 지향한다.The
일부 실시 형태에서, 셔터 미러(230)는 메인 빔을 빔 스플리터(220)을 통해 되돌려서, 메인 빔 경로의 바로 옆의 적절한 위치에 있는 빔 덤프로 지향하도록 배열된다. 이러한 구성은 공간 제약을 완화하는 데 도움이 될 수 있다. 특정 실시 형태에서, 셔터 미러가 그러한 메인 빔(201)의 빔 경로에 삽입되면 셔터 미러(230)는 빔 스플리터 중 하나를 대체할 수 있어, 셔터 미러(230)에 의해 추가적 공간이 필요하지 않다.In some embodiments, the
특정 실시 형태에서, 프리즘 셔터는 거울 대신 사용할 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 직각 프리즘(330)은 셔터로 사용된다. 셔터 프리즘(330)은 메인 빔(301)의 빔 경로에 삽입되지 않은 경우, 빔 스플리터(310, 320)은 상술한 방법으로 서브 빔을 생성하여, 서브 빔을 하나 또는 그 이상의 광선 탐지기로 지향하도록 한다. 셔터 프리즘(330)이 빔 스플리터(310)와 빔 스플리터(320) 사이의 메인 빔(301)의 빔 경로에 삽입되어, 메인 빔(301)이 레이저 시스템(100)에서 나오는 것을 막는다. 메인 빔(301)은 셔터 프리즘(330)의 입력 면으로 들어가서, 프리즘의 빗변(hypotenuse) 면에서 총 내부 반사를 거치고, 메인 빔(301)의 초기 전파 경로에 실질적으로 수직인 셔터 프리즘(330)을 나온 다음, 빔 덤프로 지향한다.In certain embodiments, the prism shutter can be used instead of a mirror. For example, referring to FIG. 3, the
프리즘(330)의 광학 표면은 코팅되지 않을 수 있다. 레이저 광선이 코팅의 저하를 일으킬 수 있기 때문에 코팅되지 않은 표면은 코팅 표면에 비해 레이저 광선에 더 크게 노출되어도 견딜 수 있다. 예를 들어, 300nm 미만의 엑시머 레이저는 유전체 미러(dielectric mirror)를 형성하는 데 사용되는 다중층 코팅을 저하시킬 수 있다. 따라서 코팅되지 않은 프리즘 셔터는 코팅된 셔터 미러에 비해 수명이 향상된다. 아울러, 도 3에 도시된 배열도 또한, 광선이 레이저 시스템(100)을 나가서는 안될 경우에 메인 빔을 빔 덤프로 지향하도록 하는데 더 적은 공간이 사용되도록 한다.The optical surface of
상술한 바와 같이, 빔 스플리터(210)로부터 픽오프되는 서브 빔의 에너지는, 빔 스플리터(210)에 코팅되지 않은 표면이 사용하면, 메인 빔(210)의 편광 상태에 항상 민감하게 된다. 레이저의 편광 상태에 의존하지 않는 에너지 계측수단을 얻기 위해, 계측 어셈블리는, 에너지 계측 장치에서의 광선의 편광 상태가 실질적으로 메인 빔의 편광 상태와 일치되도록 배열된다. 두 광선의 편광 상태가 일치하면 두 빔의 두 개의 직교 편광 방향에서 계측된 광선의 농도는 실질적으로 동일하다. 이러한 농도는, 두 개의 직교 편광 방향의 각각에 정렬된 편광자(polarizer)가 빔에 위치된 후에 전송되는 광선의 양을 계측함에 의해 얻을 수 있다. 또한, 광선의 편광 상태는 빔 내에 포함된 직교 편광의 혼합라고 할 수있다. 예를 들어, 빔이 마지막으로 반사된 표면의 입사면에 대한, 빔에 포함된 s-편광의 비율과 p-편광의 비율은, 두 빔이 동일한 편광 상태를 가질 때, 두 빔에서 동일하다. 즉, 두 빔은 디어테뉴에이션(diattenuation)이 제로인데, 이는 두 개의 직교 편광 방향에 대해, 평행한 편광 광선의 진폭과 수직한 편광 광선의 진폭의 차동 감쇠(고유 편광(eigenpolarization))이다. 편광 상태 일치의 아이디어는 또한, 스톡 매개 변수(Stokes parameters)의 측면에서 표현할 수 있다. 서브 빔의 편광 상태가 메인 빔과 동일할 때, 서브 빔과 메인 빔 모두에서의 정규화된 스톡스 벡터 컴포넌트인 S1/S2과 S2/S0는 동일하다.As described above, the energy of the sub-beam picked off from the
일부 실시 형태에서, 두 개의 직교 편광 방향은 두 개의 직교 선형 편광이다. In some embodiments, the two orthogonal polarization directions are two orthogonal linear polarizations.
메인 빔의 에너지의 정확한 측정을 위해, 메인 빔과 동일한 편광 상태를 갖는 서브 빔을 발생시키는 중성 편광의 픽오프 스킴(polarization-neutral pick-off scheme)이 사용된다. 예를 들어, 서로에 대하여 비병렬 방식으로 배향된 입사면을 각각 갖는, 코팅되지 않은 표면으로부터의 두 개의 프레넬 반사(Fresnel reflection)를 사용하는 빔 스플리팅 표면은 중성 편광의 픽오프를 제공할 수 있다. 표면의 입사 평면은, 표면상의 입사광의 법선 벡터와 전파 벡터 모두를 포함하는 평면이다.For accurate measurement of the energy of the main beam, a polarization-neutral pick-off scheme is used that generates a sub beam having the same polarization state as the main beam. For example, a beam splitting surface using two Fresnel reflections from an uncoated surface, each having incident surfaces oriented in a non-parallel manner with respect to each other, provides a pickoff of neutral polarization. can do. The plane of incidence of the surface is a plane including both the normal vector and the propagation vector of incident light on the surface.
도 4를 참조하면, 중성 편광의 픽오프는, 메인 빔(401)이 45°의 입사각으로 부딪히는 곳에 빔 스플리터(410)를 사용함으로써 달성된다. 중성 편광의 픽오프를 획득하는 방법을 도시하기 위해, 예를 들어, 메인 빔(401)이 p-편광 및 s-편광의 동일한 편광 혼합(각각 50%)를 갖는 경우를 고려하면, p-편광 및 s-편광은, 빔 스플리터(410)에서의 광선의 입사 평면과 관련하여 규정된다. 빔 스플리터(410)에서의 메인 빔(401)의 입사각도(45°)로 인해, 메인 빔(401)에서의, p-편광인 R p 와 s-편광인 R s 가 서브 빔(402)으로서 빔 스플리터(410)에서 반사되어, 빔 스플리터(420)로 지향한다. R p 와 R s 은 표면에서의 p-편광 및 s-편광의 반사율이다. 빔 스플리터(420)는, 입사 평면이 빔 스플리터(410)의 입사 평면에 대해 평행하지 않도록 배향된다. 마찬가지로, 빔 스플리터(420)는 서브 빔(402)에 대해 45°로 배향된다. 빔 스플리터(420)가 배향된 결과, 메인 빔(401)에서 픽오프된 서브 빔(402)에 포함된 p-편광인 R p 는 이제, 빔 스플리터(420)의 입사 평면에 대해 s-편광으로 되고, 이 s-편광인 R s 가 서브 빔(403)으로서 빔 스플리터(420)에서 반사되어, 에너지 계측 장치(430)로 지향한다.Referring to FIG. 4, pickoff of neutral polarization is achieved by using
빔 스플리터(410)와 빔 스플리터(420)에서 반사된 후, 빔 스플리터(410)에 대하여 규정된, 메인 빔(401)에 포함된 p-편광의 전체 R(R p × R s )은 에너지 계측 장치(430)로 지향한다. 마찬가지로, 빔 스플리터(410)에 대해 규정된 s-편광은, 빔 스플리터(420)의 배향으로 인해, 빔 스플리터(420)에 대해 p-편광으로 된다. 따라서, 빔 스플리터(420)는 이 광선의 R p 를 반사하여 에너지 계측 장치(430)로 지향시킨다. 빔 스플리터(410)와 빔 스플리터(420)에서 반사된 후, 빔 스플리터(410)에 대하여 규정된, 메인 빔(401)에 포함된 s-편광의 R(R s ×R p )은 에너지 계측 장치(430)로 지향하는데, 그 비율은 p-편광의 경우와 동일하다.After reflecting off the
도 4에 나타난 광학 구성의 결과로, 서브 빔(403)에 포함된 직교 편광 방향을 가진 광선의 혼합은, 메인 빔(410)에 포함된 직교 편광 방향을 가진 광선의 혼합과 동일하게 된다. 예를 들어, 두 개의 빔 스플리터 각 인커밍(incoming) 광선에 대하여 45°로 배향될 경우, R p 는 0.085%이고, R s 는 9.24%이며, R은 0.0785%이다. 이에 비해, 빔 스플리터(410)로부터 하나가 반사되어 생성된 서브 빔(402)은, 10.8의 p-편광에 대한 s-편광의 비율(9.24% / 0.85%)을 갖는다.As a result of the optical configuration shown in FIG. 4, the mixing of the light rays having the orthogonal polarization direction included in the
추가 예로서, 모두 동일한 에너지를 갖는 메인 빔 A와 메인 빔 B가, s-편광과 p-편광의 다른 혼합을 갖는 경우를 고려하면 다음과 같다.:As a further example, considering the case where main beam A and main beam B, both having the same energy, have different mixing of s-polarized light and p-polarized light,
표 1의 마지막 열은 빔 스플리터로부터 단일로 반사된 후의 서브 빔 내에 포함된 메인 빔의 에너지 비율을 나타낸다. 따라서, 동일한 에너지를 갖지만 서로 다른 편광 상태인 두 개의 빔은, 에너지 계측 픽오프가 중성 편광 방식으로 행해지지 않으면, 빔 에너지 계측 장치(430)에서 상이한 에너지가 계측된다. 이 예는 메인 빔을 위한 중성 편광의 에너지 계측의 중요성을 보여준다.The last column of Table 1 shows the energy ratio of the main beam included in the sub beam after being single reflected from the beam splitter. Therefore, two beams having the same energy but in different polarization states are measured with different energy in the beam
빔 스플리터(410)와 빔 스플리터(420)에서 동일한 45°의 입사각도는, 도 4에 나타난 설정에 사용 가능한 여러 구성 중 하나이다. 예를 들어, 상기 설정은 빔 스플리터(410)와 빔 스플리터(420)에서 위와 다른, 양자 동일의 입사각도(45°이외)로 구성할 수 있다. 대안적으로, 상기 설정은 빔 스플리터(410, 420)들에서 양자가 다른 입사각도로 구성할 수 있다. 예를 들어, 하나의 빔 스플리터는 브루우스터의 각도 이상의 입사 각도인 표면을 갖도록 배열되고, 다른 하나는, p-편광과 s-편광의 반사율의 비율(p/s 비율)이 양 입사각도에 대해 동일한 동안은, 아래와 같다.The same 45 ° incidence angle in the
도 5는 입사 각도의 함수로서 p/s의 반사율을 나타낸다. 또한, 입사 각도에 대한 몇 가지 옵션은 표 2에 나열되어 있다. 일반적으로 p-편광의 반사율이 다음의 방정식을 사용하여 계산할 수 있다.:5 shows the reflectance of p / s as a function of the angle of incidence. In addition, several options for the angle of incidence are listed in Table 2. In general, the reflectance of p-polarized light can be calculated using the following equation:
그리고, s-편광의 반사율은 다음의 방정식으로 계산할 수 있다 : And the reflectance of s-polarized light can be calculated by the following equation:
여기서, θt는 두 방정식에서 법선 표면과 전송된 광선 사이에 만들어진 각도이다.Where θ t is the angle created between the normal surface and the transmitted beam in both equations.
한 쌍의 입사각도가 빔 스플리터(410)와 빔 스플리터(420)에서의 두 개의 45°의 반사와 상이함으로써, 서브 빔(403)의 에너지를, 두 개의 45°의 반사로부터 얻어진 에너지보다 더 높거나 낮은 수준으로 조절할 수 있다. 이러한 방법으로, 서브 빔(403)의 에너지가 에너지 계측 장치(430)의 계측 범위 내로 맞춰질 수 있다.The pair of angles of incidence differ from the two 45 ° reflections in the
도 4에 나타난 구성은, 에너지 계측 장치(430)에서 메인 빔(401)에 포함된 편광 상태의 혼합에 대하여 중성 편광의 에너지 계측을 가능하게 한다. 그러나, 이 구성은 아웃고잉 빔(404)에 대한 중성 편광에는 필요하지 않다. 아웃고잉 빔(404)에 대한 중성 편광의 에너지 계측은, 메인 빔(401)에 의해 발생한 편광 상태의 변화도 고려되어야 한다. 그러한 변화는, 메인 빔(401)이 아웃고잉 빔(404)으로서 빔 스플리터(410)을 통해 전달될 때 발생할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 메인 빔 픽오프 어셈블리와 레이저 출구 사이에 광학수단이 추가되면, 메인 빔(401)이 아웃고잉 빔(404)으로서 전송되면서 메인 빔(401)의 편광 상태에 추가적인 변경이 일어날 수 있다. 더욱이, 예를 들어, 이면(rear surface)에서의 반사가 아웃고잉 빔(404)을 레이저 출구로 지향시키기 위해 사용된다면, 추가적인 표면에서의 반사에 의한 편광 상태의 변화가 고려될 필요가 있다. 메인 빔(401)으로부터 픽오프된 서브 빔이 레이저 에너지의 계측을 위해 에너지 탐지기로 전송되므로, 각 에너지 계측 장치에서의 광선의 편광 상태는, 바람직하게는, 레이저 출구에서 빔의 편광 상태와 일치한다.The configuration shown in FIG. 4 enables energy measurement of neutral polarization with respect to mixing of the polarization states included in the
예를 들어, 쐐기형상의 빔 스플리터를 통해 브루우스터의 각도로 배열된 빔 스플리터의 이면과, 인커밍 메인 빔(401)에 대하여 45°로 배치된 빔 스플리터의 전방 표면으로 전송되는 아웃고잉 빔(404)의 편광 상태는 다음과 같이 계산된다. 메인 빔(401)의 p-편광 요소는 전방 표면에서 45°의 반사를 거치고, 99.15%의 p-편광이 전방 표면을 통해 전송된다. p-편광은, 이면에 전부 전송되고, 브루우스터의 각도로 배열된다. 따라서, 인커밍 메인 빔(404)에 포함된 p-편광의 99.15%가 아웃고잉 빔(404)에 속해 있다. 한편, 메인 빔(401)에 포함된 s-편광의 90.76%가 전방 표면을 통해 전달하고, s-편광의 86.14%는 브루우스터의 각도로 배향된 이면에 전달된다. 따라서, 인커밍 메인 빔(404)에 포함된 s-편광의 78.18%가 아웃고잉 빔(404)에 속해 있다. 그러므로, 아웃고잉 빔(404)의 편광 상태는, 쐐기형상의 빔 스플리터의 반사 및 전송의 결과로서 인커밍 메인 빔(404)의 편광과 다르다.For example, an outgoing beam transmitted through the wedge-shaped beam splitter to the rear surface of the beam splitter arranged at the angle of the Brewster and to the front surface of the beam splitter disposed at 45 ° with respect to the incoming main beam 401 ( The polarization state of 404 is calculated as follows. The p-polarized element of the
일부 실시 형태에서, 픽오프 어셈블리가, 레이저를 나가는 아웃고잉 빔의 편광 상태와 일치하는 편광 상태를 갖는 서브 빔을 생산하는 데 사용된다. 이러한 서브 빔은, 그런 다음, 아웃고잉 빔에 대하여 중성 편광의 계측을 위한 에너지 계측 장치로 지향될 수 있다. 예를 들어, 도 6을 참조하면, 중성 편광 픽오프 어셈블리(600)는 빔 스플리터(610)와 빔 스플리터(620)를 포함한다. 빔 스플리터(610)는 도 4에 도시된 실시 형태와 마찬가지로, 서브 빔(602)을 발생시키기 위해 인커밍 메인 빔(601)에 45°로 배향된 전방 표면을 갖는 쐐기형상의 빔 스플리터이다. 그러나, 도 4에 나타난 실시 형태와는 달리, 서브 빔(602)에 대하여 45°로 빔 스플리터(620)를 배향하는 대신에, 빔 스플리터(620)가, 전송된 메인 빔(604)의 편광 상태와 정확하게 일치하는 에너지 계측 장치(630)에서 서브 빔(603)을 생산하도록 조절된다. 일부 실시 형태에서, 빔 스플리터(620)가 서브 빔(602)에 대하여 66.05°의 입사 각도로 배향되어, 레이저 출구에서 전송된 메인 빔(604)의 편광 상태와 일치하는 서브 빔(603)을 생산한다.In some embodiments, the pickoff assembly is used to produce a sub beam having a polarization state that matches the polarization state of the outgoing beam exiting the laser. This sub-beam can then be directed to an energy measuring device for the measurement of neutral polarization with respect to the outgoing beam. For example, referring to FIG. 6, the neutral
일반적으로, 두 개의 병렬평면형 빔 스플리터 중 첫번째는 빔 전파 방향에 대하여 45°의 각도로 배열되고, 두번째 빔 스플리터의 기울기 각도는 어떠한 반사가 각각의 빔 스플리터에 사용되는가에 기초하여 결정된다. 예를 들어, 다음과 같은 두 개의 가능한 구성의 세트를 고려하면, 이 두 개는, 전송된 메인 빔(604)에 존재하는 바와 같이, 에너지 측정 장치에서 동일한 s/p 투과율을 갖는 서브 빔을 생성한다(나열된 숫자 비율은 제1 빔 스플리터에 대한 투과율 s/p이다):
Generally, the first of the two parallel planar beam splitters is arranged at an angle of 45 [deg.] With respect to the beam propagation direction, and the tilt angle of the second beam splitter is determined based on which reflection is used for each beam splitter. For example, considering the following two possible sets of configurations, these two produce sub-beams with the same s / p transmittance in the energy measurement device, as present in the transmitted
전송 메인 빔(604) : 0.838Transmission main beam 604: 0.838
a) 제1 빔 스플리터의 45°의 전방 표면 10.83 a) 45 ° anterior surface of the first beam splitter 10.83
제2 빔 스플리터의 45.98°의 전방 표면 0.0774 45.98 ° anterior surface 0.0774 of the second beam splitter
에너지 계측의 총계 0.838
Total of energy measurement 0.838
b) 제1 빔 스플리터의 45°의 양 표면 9.96 b) both surfaces of 45 ° of the first beam splitter 9.96
제2 빔 스플리터의 46.01°의 양 표면 0.084146.01 ° both surfaces 0.0841 of the second beam splitter
에너지 계측의 총계 0.838
Total of energy measurement 0.838
예 a)에서, 제1 빔 스플리터의 제2 표면은 브루우스터의 각도로 구성됨으로써, 10.83의 비율은 단지 단일의 반사를 거친 빔에서 얻어진다. 한편으로, 예 b)의 제1 빔 스플리터의 제2 표면도, 제1 표면과 제2 표면 간의 떨어진 정도가 작음으로 인해, 반사 빔에 기여한다. 즉, 예 b)에서, 비율 9.96은 (i) 제1 스플리터의 제1 표면에서의 메인 빔의 반사, (ii) 제1 스플리터의 제2 표면에서의 반사, 그리고 (iii) 제1 스플리터의 제1 표면에서의 전송을 거치고 나서 얻어진다. 유사한 고려사항이, 제1 표면의 기울기 각도가 45°와 다를 경우, 상기 플레이트가 병렬 평면이 아닌 경우, 또는 브루우스터 각도의 양측의 기울기 각도가 선택되는 경우에 적용된다(예컨대, 도 5에 나타난 조합이 선택될 수 있다.). 개괄적으로, 제1 빔 스플리터와 제2 빔 스플리터의 각각은 원하는 입사 각도를 제공하도록 조절된다.In example a), the second surface of the first beam splitter is configured at the Brewster's angle, so that a ratio of 10.83 is obtained only in a single reflected beam. On the other hand, the second surface of the first beam splitter of example b) also contributes to the reflected beam because the degree of separation between the first surface and the second surface is small. That is, in example b), the ratio 9.96 is determined by (i) the reflection of the main beam at the first surface of the first splitter, (ii) the reflection at the second surface of the first splitter, and (iii) the first splitter's first splitter. 1 Obtained after passing through the surface. Similar considerations apply when the tilt angle of the first surface is different from 45 °, when the plates are not parallel planes, or when the tilt angles on both sides of the Brewster's angle are selected (eg, as shown in FIG. 5). Combination may be selected). In general, each of the first beam splitter and the second beam splitter is adjusted to provide a desired angle of incidence.
도 4에 기재된 인커밍 빔에 대한 중성 편광의 에너지 계측을 위한 구성과, 도 6에 기재된 아웃고잉 빔에 대한 중성 편광의 에너지 계측에 추가하여, 레이저 빔의 편광 계측을 제공하는 실시 형태가 도 7A에 나타내어져 있다. 도 7A를 참조하면, 어셈블리(700)는, 앞서 설명된 도 6에 도시된 구성에 추가하여, 편광 회전기(730)를 포함한다. 편광 회전기(730)는, 계측 모듈이 상술한 에너지 계측과 함께 편광 계측도 행할 수 있도록 한다. 편광 회전기(730)는, 편광 계측중의 서브 빔(602)의 빔 경로에서, 빔 스플리터(610)와 빔 스플리터(620)의 사이에 삽입될 수 있다. 빔 스플리터(610)와 빔 스플리터(620)의 모두는, 중성 편광의 에너지 계측을 위해 사용될 때, 도 6에 나타낸 바와 동일한 방식으로 배향된다. 편광 회전기(730)는 서브 빔(602)의 직교 편광된 광의 혼합을 변경하여, 상이한 직교 편광의 혼합을 갖는 서브 빔(603)을 생성한다. 따라서, 에너지 계측 장치(630)로 지향된 서브 빔(603)의 직교 편광의 혼합은 더 이상, 메인 빔(601)의 직교 편광의 혼합에 대한 중성 편광이 아니다. 대신에, 에너지 계측 장치(630)는 메인 빔(601)의 직교 편광의 혼합에 따르는 신호를 기록하고, 차례로 메인 빔(601)의 편광 계측을 제공할 것이다.In addition to the configuration for the energy measurement of the neutral polarization for the incoming beam described in FIG. 4 and the energy measurement of the neutral polarization for the outgoing beam described in FIG. It is shown in. Referring to FIG. 7A, the
에너지 계측 장치에서 계측된 직교 편광의 혼합된 광에 대한 웨이브 플레이트의 효과를 설명하기 위해, 서브 빔(602)의 편광을 90°로 회전시키는 편광 회전기를 고려한다. 또한 메인 빔(601)으로부터 서브 빔(602)으로 지향된 빔 스플리터(610)의 입사 평면에 평행한 편광의 성분(즉, p-편광)을 고려한다. 이 p-편광 성분은, p-편광을 90°로 회전시키는 회전기(730)를 통과한 후에 빔 스플리터(610)의 입사 평면에 대해 수직으로 된다. 즉, p-편광이 s-편광으로 된다. 상술한 바와 같이, 빔 스플리터(620)의 입사 평면은 빔 스플리터(610)의 입사 평면과 평행하지 않다. 결과적으로, 빔 스플리터 상에 입사될 때, 웨이브 플레이트에 의해 생성된 s-편광은 이제 빔 스플리터(620)의 입사 평면에 대해 p-편광으로 된다. 그러므로, 메인 빔(601)의 p-편광 성분은, p-편광으로서 빔 스플리터(610, 620)들의 양쪽에서 반사를 거쳐, 각 빔 스플리터(610, 620)에 대하여 중성 편광이 아닌 서브 빔(603)으로 된다. 대조적으로, 회전기(730)가 서브 빔(602)의 경로에서 제거되면, (빔 스플리터(610)에 대한) p-편광은 빔 스플리터(620)의 입사 평면에 대하여 s-편광 빔으로서 빔 스플리터(620)에서의 반사를 거친다. 이 경우, 메인 빔(601)의 p-편광 요소는 빔 스플리터(610)과 빔 스플리터(620)에서 각각 p-편광과 s-편광으로서의 반사를 거친다. 빔 스플리터(610)에서의 p-편광의 낮은 반사율은, 빔 스플리터(620)에 대해 이제 s-편광으로 된 광선의 동일 요소의 높은 반사율에 의해 보상된다. 서브 빔(603)은 따라서, 중성 편광이다. 같은 분석은 유사한 방식으로 메인 빔(601)의 s-편광 요소에 적용될 수 있다.To illustrate the effect of the wave plate on the mixed light of orthogonal polarization measured in the energy metering device, consider a polarization rotator that rotates the polarization of the
일부 실시 형태에서, 편광 회전기(703)는, 빔 스플리터(610)에 대해 s-편광 또는 p-편광 중 어느 하나의 진동 평면(plane of oscillation)에 대해 45°로 배향된 빠른 축을 갖는 복굴절 웨이브 플레이트 (λ/2-플레이트)로 될 수 있다. 더욱이, 웨이브 플레이트에 에탈론(etalon)과 같은 간섭 효과를 회피하기 위해, 편광 회전기(703)는 다소 쐐기 형상을 갖는 웨이브 플레이트일 수 있다.In some embodiments, polarizing rotator 703 is a birefringent wave plate having a fast axis oriented at 45 ° relative to the plane of oscillation of either s-polarized or p-polarized light with respect to
특정 실시 형태에서, 편광 회전기(703)은 결정성 석영 등의 광학 활성 물질로부터 형성될 수 있다. 직선 편광의 광선이 광축(optical axis)을 따라 광학 활성 크리스탈 (예컨대, 석영 크리스탈 등)을 횡단할 때, 그 편광 상태는 동일하게 유지되지만 전기장 벡터의 진동 평면의 배향은 이동한 거리에 따른 각도로 회전한다. 또한, 등방성 축(axis of isotropy)을 참조하면, 크리스탈의 광축이, 광축의 방향과 관련된 오직 하나의 광 전파 속도가 있는 속성에 의해 규정된다. 일부 실시 형태에서는 광학 활성 크리스탈의 두께는, 90°의 홀수배만큼 서브 빔(602)의 편광을 회전하도록 선택된다. 예를 들면, 193nm의 파장에서 결정성 석영의 광학 활성도는 324°/mm이다. 따라서, 결정성 석영으로 만들어진 편광 회전의 두께는 0.278mm의 홀배수일 수 있고, 제조 동안에 편리하게 처리될 수 있다. 아울러, 결정성 석영의 광학 활성을 바탕으로 한 편광 회전기는 회전 판의 두께에 대해 충분히 둔감함으로써, 전송된 빔의 편광 회전량에 중대한 영향을 주지 않고 다소 쐐기형상이 될 수 있다. In certain embodiments, polarization rotator 703 may be formed from an optically active material, such as crystalline quartz. When light of linearly polarized light traverses an optically active crystal (e.g., a quartz crystal, etc.) along the optical axis, its polarization state remains the same but the orientation of the vibration plane of the electric field vector is at an angle depending on the distance traveled. Rotate Also referring to the axis of isotropy, the optical axis of the crystal is defined by the property that there is only one light propagation velocity related to the direction of the optical axis. In some embodiments, the thickness of the optically active crystal is selected to rotate the polarization of the
일부 실시 형태에서, 편광 회전기(730)는 수동으로 서브 빔(602)의 빔 경로에 삽입될 수 있다. 대안적으로, 편광 회전기(730)는 후술된 바와 같이, 작동 기구(예컨대, 전자 기계식 또는 공압 액츄에이터)를 사용하여 빔 경로에 도입될 수 있다.In some embodiments,
편광 계측의 감도는, 편광 회전기(730)이 서브 빔(602)의 빔 경로에 삽입될 때의 서브 빔(603)의 편광 불균형에 좌우되고, 결국, 빔 스플리터(610)와 빔 스플리터(620)의 입사 각도 및, 편광 회전기(730)에 의해 전해진 편광 회전에 좌우된다.The sensitivity of the polarization measurement depends on the polarization imbalance of the sub-beam 603 when the
도 8은 메인 빔(601)의 편광 상태의 혼합이, 서브 빔(602)의 빔 경로에 삽입된 편광 회전기(730)를 갖는 계측과, 서브 빔(602)으로부터 편광 회전기(730)를 제거한 계측에 기초하여 결정될 수 있는 방법을 나타낸다. 도 8을 참조하면, 라인(810,820)들은, 편광 회전이 있는 경우와 없는 경우의 각각에서, 레이저 출구에서의 편광 비율의 함수로서의 에너지 계측 장치(630)에서의 상대적인 신호의 플롯(plot)을 나타낸다. 1.00의 편광 비율은 빔이 완전히 p-편광으로 된 것을 나타낸다. 라인(810)은 도 7에 도시된 편광 회전기(730)가 서브 빔(602)의 빔 경로에 삽입되지 않았을 때의 상대적인 신호이고, 라인(820)은 회전기(730)가 빔에 삽입되었을 때 계측된 상대적인 신호이다. 편광 회전기(730)가 서브 빔(602)의 빔 경로에 삽입되어 90°로 빔 편광을 회전할 때, (제1 스플리터에 대한) 빔의 s-요소가 p-요소보다 127배나 강하여 에너지 계측의 불균형을 초래한다. 그 결과, 빔의 s-요소는 직접 계측될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 전체 전송도는 또한, 완전한 p-편광으로부터 작은 편차가 계측될 수 있기에 충분히 높다. 100%에서 97%로의 편광율의 변화(p-편광 양의 감소)는, 편광 회전기(730)가 삽입될 때, 검출기에서 9%에서 26%로 신호가 증가한 것에 대응한다. 그러므로, 메인 빔의 편광 상태는 어셈블리(700)에 의해 계측될 수 있다.8 is a measurement in which the mixing of polarization states of the
개괄적으로, 편광 계측은 어셈블리(700)를 사용하여 다음의 단계를 이용하여 행해질 수 있다: In general, polarization measurements can be made using the
1. 서브 빔(602)의 빔 경로에 편광 회전기(730) 없이 에너지 계측 장치(630)로 지향된 서브 빔(603)의 에너지를 계측한다.1. Measure the energy of the
2. 서브 빔(602)의 빔 경로에 편광 회전기(730)를 삽입한다.2. Insert the
3. 서브 빔(602)의 빔 경로에 편광 회전기(730)를 갖춘 에너지 계측 장치(630)에 지향된 서브 빔(603)의 에너지를 계측한다.3. The energy of the
4. 편광 회전기(730)가 있는 그리고 없는, 에너지 계측 장치(630)에 기록된 신호의 에너지 비율을 결정한다.4. Determine the energy ratio of the signal recorded in the
5. 빔 경로으로부터 편광 회전기(730)가 삽입 또는 제거될 때 에너지 계측 기기(630)에서 계측된 상대적 신호의 차이를 기초로 메인 빔(601)의 편광 상태의 혼합을 계산하고, 계측 결과를 다시, 도 8에 도시된 바와 같은 캘리브레이션 그래프와 비교하여 메인 빔(601)의 편광 비율을 결정한다.5. Calculate the mix of polarization states of the
도 7B는 상술한 방법을 나타내는 플로우 차트이다.7B is a flow chart illustrating the method described above.
앞의 논의에서, 메인 빔의 중성 편광, 또는 메인 빔의 편광 상태 중 어느 하나를 계측하는 실시 형태가 기재되었다. 그렇지만, 일부 실시 형태에서, 이러한 빔 특성 모두가 동시에 계측된다. 예를 들어, 도 9를 참조하면, 계측 시스템(900)은, 메인 빔 스플리터(910), 제2 빔 스플리터(920), 에너지 계측 장치(930), 제3 빔 스플리터(940), 및 편광 계측 장치(950)를 포함한다. 빔 스플리터(910, 920)를 포함하는 계측 시스템(900)의 부분은, 아웃고잉 빔(904)의 에너지 계측 장치(930)에서의 중성 편광의 에너지 계측을 위해, 도 6에 도시된 바와 마찬가지로 구성된다. 계측 시스템(900)은 빔 스플리터(940)을 사용하여 서브 빔(905)을 지향시키는데, 서브 빔(905)은 편광 계측 장치(950)에서의 편광 계측을 위해 빔 스플리터(920)로부터 전송된다. 빔 스플리터(940)는 그 입사 평면이, 메인 빔 스플리터(910)의 입사 평면에 대해 평행하지만, 빔 스플리터(902)의 입사 평면에 대해서는 평행하지 않게 배향된다.In the foregoing discussion, an embodiment for measuring either the neutral polarization of the main beam or the polarization state of the main beam has been described. However, in some embodiments, all of these beam characteristics are measured simultaneously. For example, referring to FIG. 9, the
도 7A에 기재된 바와 같이, 회전기(730)을 도면부호 602의 빔 경로으로 도입하는 것은 서브 빔(603)의 초기 중성 편광 계측을 저해한다. 일부 실시 형태에서, 빔 스플리터(940)는 편광 회전기(730)와 유사하게 기능하여, 에너지 계측 장치에서 계측된 서브 빔(903)의 편광 상태의 혼합에 비해 편광 계측에서 계측된 편광 상태의 상이한 혼합을 갖는, 서브 빔(906)을 생성하는데 사용될 수 있다.As described in FIG. 7A, introducing the
이러한 계측이 이루어지는 방법을 설명하기 위해, 빔 스플리터(920)의 입사 평면과 평행한 광선의 편광 요소(p-편광)를 고려한다. 서브 빔(902)의 빔 경로에 편광 회전기가 없는 경우에, 이러한 광의 p-편광 요소는, 메인 빔(901)으로부터 반사되면서, 빔 스플리터(910)의 입사 평면에 대한 s-편광으로 된다. 빔 스플리터(920)를 통해 전달되는 서브 빔(905)의 p-편광 성분은 빔 스플리터(940)의 입사 평면에 대해 s-편광으로서 빔 스플리터(940)에 입사된다. 빔 스플리터(940)에서 반사되는 이러한 s-편광도 메인 빔(901)의 s-편광 성분이다. 상술한 바와 같이, 서브 빔(906)의 s-편광 성분은 두 개의 반사의 결과, 즉 빔 스플리터(910) 및 빔 스플리터(940)의 각각에 대한 모두 s-편광인 반사의 결과이기 때문에, 편광 계측 장치(950)로 전송된 광선은 중성 편광이 아니며, 따라서, 메인 빔(901)의 편광 상태에 대한 정보는 편광 계측 장치(950)에서 얻을 수 있다. 같은 분석은 유사한 방식으로 메인 빔(901)의 p-편광 성분에 적용할 수 있다.To illustrate how such measurements are made, consider a polarization element (p-polarized light) of light rays parallel to the plane of incidence of
다시 말해, 계측 시스템(900)의 배열의 결과로, 서브 빔(906)은, 서브 빔(902)의 빔 경로에 90°회전기가 삽입되어야 서브 빔(903)에서 얻어지는 것과 유사한, 직교 편광의 혼합을 포함한다. 결과적으로, 중성 편광 에너지 계측과 편광 계측이 순차적으로 이루어져야 하는, 삽입가능한 편광 회전기(730)를 갖춘, 도 6 및 도 7에 나타난 구성에 비해, 계측 시스템(900)를 사용하여 중성 편광 에너지 계측 및 편광 계측 모두가 동시에 이루어질 수 있다.In other words, as a result of the arrangement of the
개괄적으로, 메인 빔에서 나온, 두개의 상이한 빔 스플리터로부터의 두개의 상이한 서브 빔은, 메인 빔의 중성 편광 에너지와 편광 상태의 동시 계측의 유형에서 사용될 수 있다. In general, two different sub-beams from two different beam splitters, coming from the main beam, can be used in the type of simultaneous measurement of the polarization state and the neutral polarization energy of the main beam.
두 개의 계측 장치(예컨대, 에너지 계측 장치(930)와 편광 계측 장치(940))를 사용하여 메인 빔의 중성 편광 에너지와 편광 상태의 동시 계측을 행하는 것에 부가하여, 특정 실시 형태에서, 두 개의 계측 장치 간의 캘리브레이션이 가능하다. 도 1OA를 참조하면, 계측 시스템(1000)은 계측 시스템(900)에 비해, 서브 빔(905)의 경로에 추가로 삽입 가능한 편광 회전기(1060)를 포함한다. 계측 시스템(1000)의 다른 요소는 도 9의 계측 시스템(900)에 나타난 것과 동일하다. 계측 시스템(1000)은 또한 편광 계측 장치(940)를 에너지 계측 장치(930)로 캘리브레이션하는데 사용될 수 있다.In certain embodiments, in addition to performing simultaneous measurement of the neutral polarization energy and polarization state of the main beam using two measurement devices (e.g.,
서브 빔에 회전기를 삽입하여 서브 빔의 초기 중성 편광 계측을 저해하는 편광 회전기를 사용하는 방법은 도 7A을 참조로 설명되었다. 계측 시스템(1000)에서, 그러나, 편광 회전기(1060)는, 서브 빔(905)의 편광을 회전하여 서브 빔(906) 중성 편광을 만드는 정반대의 기능을 수행한다. 90°로 서브 빔(905)의 (빔 스플리터(920)에 대한) s-편광 성분의 편광을 회전하는 편광 회전기(1060)의 경우를 고려한다. 이 s-편광 성분은 메인 빔(901)의 (빔 스플리터(910)에서 입사 평면에 대해 봤을 때의) p-편광 성분에 의한다. 빔 스플리터(920)에 대한 서브 빔(905)의 s-편광 성분의 광선은 편광 회전기(1060)를 통해 전송된 뒤, 도면부호 920의 동일한 입사 평면에 대한 p-편광으로 될 것이다. 이 p-편광은, 빔 스플리터(940)의 입사 평면에 대해, 빔 스플리터(940)로부터 s-편광으로서 반사된다. 다시 말해, 서브 빔(906)은 빔 스플리터(910, 940)들로부터의 두 개의 반사의 결과이다. 빔 스플리터(940)에 대한 서브 빔(906)에 포함된 광선의 s-편광 성분을 고려하면, 이 두 반사는 먼저 빔 스플리터(910)에 대한 p-편광과 빔 스플리터(940)에 대한 s-편광을 포함한다. 빔 스플리터(910)와 빔 스플리터(940)의 각각에서 두 개의 적절한 입사 각도를 선택함으로써, 서브 빔(906)은 중성 편광으로 만들어질 수 있다. 상술한 바와 같이, 두 개의 입사 각도, 즉 빔 스플리터(910)에서의 하나와, 빔 스플리터(940)에서의 하나는 동일할 필요가 없으며, p-편광에 대한 s-편광의 반사율의 비율(s/p)이 두 개의 상이한 각도에서 동일하다면, 브루우스터의 각도를 전후로 하여 상이한 각도들이 선택될 수 있다.A method of using a polarization rotator that inserts a rotator in the sub-beam to hinder the initial neutral polarization measurement of the sub-beam has been described with reference to FIG. 7A. In the
서브 빔(905)의 빔 경로에서의 편광(1060)의 결과로, 서브 빔(903)과 서브 빔(905)의 모두는 중성 편광이다. 에너지 계측 장치(930)와 편광 계측 장치(940)에 기록된 신호들이 그러면 서로에 대해 캘리브레이션되어, 편광 계측 캘리브레이션이 주어질 수 있다. 이러한 캘리브레이션은 외부 편광 계측기로 편광 계측 장치(940)를 캘리브레이션하는 것을 포함하는 대안에서 바람직하다. 캘리브레이션은, 193nm의 레이저 광선으로 인한 포토다이오드(photodiode)(UV-경화/확장형 포토다이오드도 포함)의 열화의 저하 때문에 필요할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 포토다이오드는 약 1억회의 레이저 주사 후에 재캘리브레이션된다. 별도로, 도 2에 참조로 기재된 파워 센서(240)는 에너지 계측 장치(930)과 편광 계측 장치(940) 모두를 캘리브레이션하는 데 사용될 수 있다.As a result of
계측 시스템(1000)을 사용하여 편광 계측과 캘리브레이션을 행하는 것은 다음 단계를 포함한다.:Performing polarization measurement and calibration using
1. 서브 빔(905)의 빔 경로에 편광 회전기(1070)를 삽입한다.1. Insert the polarization rotator 1070 into the beam path of the
2. 에너지 계측 장치(930)에 기록된 신호와 편광 계측 장치(940)에 기록된 신호를 계측한다.2. The signal recorded in the
3. 에너지 계측 장치(930)와 편광 계측 장치(940)에서 계측된 에너지 비율을 계산한다.3. The energy ratio measured by the
4. 단계 3에서 계측된 에너지 비율을 기초로 두 계측 장치 간의 캘리브레이션 계수를 결정한다.4. Determine the calibration factor between the two measuring devices based on the percentage of energy measured in
5. 서브 빔(905)의 빔 경로에서 편광 회전기(1070)를 제거한다.5. Remove the polarization rotator 1070 from the beam path of the
6. 에너지 계측 장치(930)에 기록된 신호와 편광 계측 장치(940)에 기록된 신호를 계측한다.6. The signal recorded in the
7. 에너지 계측 장치(930)과 편광 계측 장치(940) 간의 에너지 비율 또는 차이를 계산한다.7. Calculate the energy ratio or difference between the
8. 빔의 경로에서 편광 회전기(1060)가 삽입 또는 제거될 때의 편광 계측 기기(940)에서 계측된 상대적 신호의 차이를 기초로 메인 빔(901)의 편광 상태의 혼합을 계산하고, 계측 결과를 다시, 도 8에 도시된 바와 같은 캘리브레이션 그래프와 비교하여 메인 빔(901)의 편광 비율을 결정하고, 그리고 단계 4에서 결정된 캘리브레이션 계수와 비교한다.8. The mixing of the polarization states of the main beam 901 is calculated based on the difference in the relative signal measured by the
도 10B는 플로우 차트 형태로 상술된 방법을 나타낸다.10B shows the method described above in the form of a flow chart.
일부 실시 형태에서, 서브 빔(906)은, 서브 빔(905)의 빔 경로에서 편광 회전기(1060)가 없는 상태에서 중성 편광으로 구성될 수 있다. 이러한 실시 형태에서, 캘리브레이션은 빔 경로에 편광 회전기(1060)를 삽입하지 않고도 직접 행해질 수 있다. 대신에, 편광 계측이 이루어질 때 편광 회전기(1060)가 서브 빔(905)의 빔 경로에 삽입된다.In some embodiments,
상술한 시스템을 사용하여 편광 계측과 캘리브레이션을 행하는 것은 다음 단계를 포함한다.:Performing polarization measurement and calibration using the system described above includes the following steps:
1. 서브 빔(905)의 빔 경로에서 편광 회전기(1070)를 제거한다.1. Remove the polarization rotator 1070 from the beam path of the
2. 에너지 계측 장치(930)에 기록된 신호와 편광 계측 장치(940)에 기록된 신호를 계측한다.2. The signal recorded in the
3. 에너지 계측 장치(930)과 편광 계측 장치(940)에서 계측된 에너지 비율을 계산한다.3. The energy ratio measured by the
4. 단계 3에서 계측된 에너지 비율을 기초로 두 계측 장치 간의 캘리브레이션 계수를 결정한다.4. Determine the calibration factor between the two measuring devices based on the percentage of energy measured in
5. 서브 빔(905)의 빔 경로에 편광 회전기(1070)를 삽입한다.5. Insert the polarization rotator 1070 into the beam path of the
6. 에너지 계측 장치(930)에 기록된 신호와 편광 계측 장치(940)에 기록된 신호를 계측한다.6. The signal recorded in the
7. 에너지 계측 장치(930)와 편광 계측 장치(940) 간의 에너지 비율 또는 차이를 계산한다.7. Calculate the energy ratio or difference between the
8. 빔 경로에서 편광 회전기(1060)가 삽입 또는 제거될 때 편광 계측 장치(940)에서 계측된 상대적 신호의 차이를 기초로 메인 빔(901)의 편광 상태의 혼합을 계산하고, 계측 결과를 다시, 도 8에 도시된 캘리브레이션 그래프와 비교하여, 메인 빔(901)의 편광 비율, 그리고 단계 4에서 산출된 캘리브레이션 계수를 결정한다.8. Calculate the blend of polarization states of the main beams 901 based on the difference in the relative signals measured by the
도 1OC는 상술한 방법을 나타내는 플로우 차트이다.1OC is a flow chart illustrating the method described above.
전술한 실시 형태에는 중성 편광 에너지 계측과 편광 계측을 얻는 다양한 방법이 기재되었는데, 계측 모듈(120)은 또한, 레이저 모듈(110)을 나가는 레이저 빔의 다른 특성을 계측하는 데에 사용된다. 예를 들어, 레이저 광선의 전파 방향은 다음의 실시예에 설명된 포인팅 계측을 이용하여 계측된다. 레이저 빔의 전파 방향을 모니터링하기위한 장치의 예시적인 실시예는 도 11에 나타난다. 여기서, 포인팅 계측장치(1000)는, 렌즈(1110), 포토다이오드(1120), 광변환 플레이트(1130), 그리고 하우징(1140)을 포함한다. 장치(1000)는 다음과 같이 레이저 빔의 전파 방향을 모니터링한다. 렌즈(1110)는 광변환 플레이트(1130)에 레이저 빔(1101)(예컨대, 레이저 시스템(100)의 메인 빔의 서브 빔)의 초점을 맞춘다. 광변환 플레이트는 레이저 광을 받아서, 수신된 방사를 다른(예컨대, 더 긴) 파장의 방사로 변환한다. 일부 실시 형태에서, 광 변환 플레이트(1130)는 입사된 입사 자외선(UV) 광선을 더 긴 파장의 가시 광선으로 변환한다. 예를 들어, 가시 광은 500nm에서 600nm 사이의 파장을 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 193nm의 방사는 약 550nm의 파장을 갖는 가시 광으로 변환될 수 있다. 광변환은, 예를 들어 인광(phosphorescence) 또는 형광에 의해 수행될 수 있다.The foregoing embodiments have described various methods for obtaining neutral polarization energy measurements and polarization measurements, where the
일 예로서, 입사 레이저 광선에 대응하여, 광변환 플레이트는, 하우징(1140)의 간극 내에 위치되는, 포토다이오드(1120)쪽으로 형광 광이 전송되는 위치에서 형광을 발할 수 있다. 형광 발광은 그러면 포토다이오드(1120)에 의해 검출될 수 있다.As an example, in response to the incident laser beam, the light conversion plate may fluoresce at the position where the fluorescent light is transmitted toward the
포토다이오드(1120)는, 포토다이오드의 수평 저항력을 기초로 한 위치 감응형 검출기(PSD)일 수 있다(예컨대, 하마마츠사 제품과 같은 상용의 PSD). 렌즈(1110)와 PSD의 조합은 신호의 고속 판독을 가능하게 하는데, 그것은 포토다이오드 상에 빔 스폿 입사의 질량 중심(center-of-mass)이 자동적으로 계측되고, 신호가 실제 빔 다이버전스와 독립적이기 때문이다. PSD는 가장자리를 따라 4 전극에서의 광전류(photocurrent)의 차이를 기초로 빔 스폿의 위치를 계산한다. PSD들은 저잡음 증폭 회로가 사용될 때, 1μm 범위의 해상도를 제공한다. 일부 실시 형태에서, 렌즈(1110)는 20μrad 이하의 해상도인 포인팅 계측을 위해 약 0.5m의 초점 거리를 가질 수 있다.The
일부 실시 형태에서, 집중된 레이저 빔(1101)은 퍼지 용적부 안에서 전파되고, 광변환 플레이트(1130)는 하우징(1140)에 대해 퍼지 용적부을 씰링한다. 일부 실시 형태에서, 포토다이오드는 퍼지 용적부의 외부, 그리고 광변환 플레이트의 뒤에 배치되어, 오염의 리스크과 수명 문제를 최소화한다.In some embodiments, the
PSD에서 계측된 신호의 공간적 분포는 예를 들어, 도 12에 도시된 구성에 의해 설명되는 바와 같이, 계산될 수 있다. 이 플롯은 mm단위의 x축과 y축 스케일을 갖는 광전환 플레이트 뒤에 배치된 PSD 상의 계산된 강도 스폿을 나타낸다. 광변환 플레이트(변환기)로부터 2mm 떨어져서 PSD 표면을 위치시키면, PSD에서 검출된 스폿의 크기가 약 4mm까지로 증가되어, PSD 표면에 양호한 평균 신호를 제공할 수 있다. 이 확대 스폿은 또한, PSD를 대신하여, 사분면 포토다이오드 (QPD)를 사용하여 계측할 수도 있다. 광변환 플레이트(1130)는 바람직하게는, 예를 들어, PSD의 최대 치수의 4분의 1보다 작은 판 두께를 갖는데, 이로써 PSD상에서 작은 사이즈의 형광 스폿을 유지할 수 있다.The spatial distribution of the signal measured in the PSD can be calculated, for example, as described by the configuration shown in FIG. 12. This plot represents the calculated intensity spot on the PSD placed behind the light conversion plate with x and y axis scales in mm. Positioning the
상술에 실시 형태에 추가하여, 포인팅 계측이, 형광 판으로부터 다이오드까지의 빔 스폿의 이미징에 의해 행해질 수 있는데, 다이오드는 형광 변환기로 코팅되거나, 또는 광변환 플레이트 없이 UV-경화 포토다이오드가 사용될 수 있다. In addition to the above embodiments, pointing metrology can be done by imaging the beam spot from the fluorescent plate to the diode, which can be coated with a fluorescent transducer or a UV-cured photodiode can be used without a light conversion plate. .
PSD 백그라운드의 산란광은 검출기의 감도를 떨어뜨리는데, 빔 스폿이 PSD 상에서 이동할 때, 백그라운드의 신호는 변경되지 않기 때문이다. 가능한 산란광의 소스는 계측 모듈 내부로부터의 산란광과 형광판 내부에서 생성된 산란광을 포함한다. 백그라운드의 산란광을 줄이기 위해, 일부 실시 형태에서, 형광 플레이트의 최대 치수는 PSD의 최대 치수와 형광 플레이트의 두께의 2배의 합계보다 크다. 광 변환 플레이트(1130)와 PSD 사이의 작은 공기 갭을 유지함으로써, 산란광은 광변환 플레이트의 총 내부 반사를 거치면서 광변환 플레이트 안에 갇혀, PSD에 도달하는 것이 방지된다. 하우징(1150) 주변의 인듐 씰 및 광변환 플레이트(1130)의 직경을 증대시키는 것이 또한 산란광이 PSD에 도달하지 않는 것을 보장하는 데 도움이 된다. 또한, 접착제층 또는 흡수층이 광변환 플레이트(1130)에 적용될 수 있다.Scattered light in the PSD background degrades the detector's sensitivity, as the signal in the background does not change when the beam spot moves on the PSD. Possible sources of scattered light include scattered light from inside the metrology module and scattered light generated inside the fluorescent plate. In order to reduce background scattered light, in some embodiments, the maximum dimension of the fluorescent plate is greater than the sum of the maximum dimension of the PSD and twice the thickness of the fluorescent plate. By maintaining a small air gap between the
여러 다른 계측에 대해, 이하에서는 레이저 모듈(110)을 나가는 레이저 빔의 기타 관련 특성을 결정하는 것이 설명된다. 예를 들어, 도 13은 셔터와, 계측 모듈(1310) 및 코어 모듈(1320)을 포함하는 계측 어셈블리(1300)를 나타낸다. 어셈블리(1300)은 적어도 두 부분으로 나뉜다.: 코어 모듈(1310)은 메인 빔 광학부, 도 2 및 도 3에 나타난 바와 같은 셔터 미러 또는 셔터 프리즘을 포함하고, 그리고 계측 모듈(1310)은 계측 광학부 및 검출기를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 계측 모듈(1310) 및 코어 모듈(1320)은, 메인 빔 경로에 있는 제1 빔 스플리터로부터 계측 모듈(1310)까지 빔을 전송하는 창에 의해 분리된 두 개의 개별적인 퍼지 용적부이다.For various other measurements, the following describes determining other relevant characteristics of the laser beam exiting the
추가의 실시 형태에서, 여러 계측 장치는 동일한 계측 모듈에 수용된다. 예를 들어, 도 14를 참조하면, 계측 모듈(1320)은, CCD 카메라(1330), 빔 포인팅을 위한 계측 시스템, 근거리장 및 원거리장 레이저의 스페클 콘트라스트부 및 2D 이미징부를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 빔이 코어 모듈(1320) 내에서 특정 수준으로 감쇠됨으로써, 광의 최소량이 계측 모듈(1320)로 들어가서, 산란광을 줄이는데 도움이 된다. 개별적인 계측 모듈은, 코어 광학부 및 구성 요소를 포함하는 전체 모듈을 제거할 필요없이 교체, 수리, 업그레이드를 용이하게 행할 수 있고, 따라서 메인 빔에 영향을 주지 않는다. 개별적인 계측 모듈은 또한, 그것이 코어 모듈로부터 분리되면 운반과 설치가 용이할 수도 있다. 계측 모듈(1320) 내에서 세 개의 계측 경로는, 쐐기의 후면 및 정면에서의 반사, 그리고 쐐기를 통과하는 빔에 의해 생성된다. 아울러, 다른 분할/분배 스킴(scheme)이 가능하다.In further embodiments, several metrology devices are housed in the same metrology module. For example, referring to FIG. 14, the
레이저 빔의 2차원 이미징은 레이저 모듈(110)을 나가는 레이저 빔의 빔 품질을 특성화하는 방법을 제공한다. 예를 들어, 도 15를 참조하면, 2차원(2D) 이미징 어셈블리(1500)는 볼록 렌즈(1510), 오목 렌즈(1520), 및 레이저 광선을 이미징하는 데 사용되는 2D 카메라(1530)를 포함한다. 근거리장 및 원거리장의 2D 이미징은 매우 컴팩트한 이미징 어셈블리(1500)로 행해질 수 있다. 근거리장 이미징은, (예컨대, 배율 0.3의) 이미징용의 볼록 렌즈와 오목 렌즈를 통해 계측 서브 빔의 전송에 의해 이루어지고, 그리고 원거리장 이미징은 볼록 렌즈를 통한 계측 서브 빔의 전송과 (예컨대, 400mm의 초점 거리를 가진) 오목 렌즈 내부에서의 이중 반사에 의해 이루어진다. 이미징 어셈블리(1500)는 독일 공개특허 DE 10 2006 018 804 A1에 상세하게 설명되며, 그 내용은 여기서 본 문서 전체에 통합된다.Two-dimensional imaging of the laser beam provides a method of characterizing the beam quality of the laser beam exiting the
개괄적으로, 계측 검출기는 퍼지 용적부의 내부와, 계측 모듈의 퍼지 용적부 외부 중 어느 하나에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 16A를 참조하면, 검출기 어셈블리(1600)는 퍼지 용적부 내에 수용된다. 검출기 어셈블리(1600)는, 퍼징된 계측 용적부(1650) 내에 내부 CCD카메라(1610)를 포함한다. 내부 CCD카메라(1610)는, 예를 들어, 형광체 코팅 CCD카메라가 될 수 있다. In general, the metrology detector may be disposed either within the purge volume and outside the purge volume of the metrology module. For example, referring to FIG. 16A, the
반대로, 도 16B를 참조하면, 검출기 어셈블리(1605)는 퍼지 용적부(1660)의 외부에 있는 카메라(1620)를 포함한다. 여기서, 검출기 어셈블리(1605)는, 카메라(1620) 이외에, 대물렌즈(1630) 및 형광 플레이트(1640)을 포함한다. 형광 플레이트(1640)는 도핑된 유리 또는 크리스털로 만들어져, 방사를 퍼지 용적부 밖으로 나가게 하는 창을 형성할 수 있다. 검출기 어셈블리(1605)는 전자장치가 퍼지 용적부(1660) 내에 없다는 장점을 가질 수 있다.Conversely, referring to FIG. 16B, the
일부 실시 형태에서, 단일의 카메라는 레이저 빔을 하나 이상의 별개의 계측을 하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 17은 하나의 카메라에 의해 캡쳐된 이미지(1700)를 나타낸다. 이미지(1700)는 엑시머 레이저 광선의 원거리장(다이버전스) 이미지(1720) 및 근거리장(프로파일) 이미지(1710)를 포함한다.In some embodiments, a single camera can be used to make one or more separate measurements of the laser beam. For example, FIG. 17 shows an
일부 실시 형태에서, 레이저 광선의 스페클 콘트라스트(speckle contrast)를 계측할 수 있다. 도 18은, 스피닝 디퓨저(spinning diffuser, 1810), 집속 렌즈(1820), 볼록 거울(1830), 및 카메라(1840)를 포함하는 스페클 계측 어셈블리(1800)를 나타낸다. 스피닝 디퓨저(1810)는, 카메라의 불균등성(inhomogeneity)에 독립적인 계측을 가능하게 한다. 집속 렌즈(1820)의 초점 거리는 카메라의 화소에 수반되는 스페클 입자를 해결하기 충분하도록 길어야한다. 일부 실시 형태에서, 집속 렌즈(1820)는 6.4μm의 픽셀 크기를 가진 카메라를 위해 약 1미터의 초점 거리를 갖는다. 망원 장치(telephoto arrangement)는 볼록 렌즈와 볼록 거울의 구성을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 망원 장치가 사용되어, 공간 절약에 도움이 될 수 있다.In some embodiments, speckle contrast of the laser beam can be measured. 18 shows a
일부 실시 형태에서, 추가적 특징이 일부 계측 모듈에서의 공간 제한을 보상하기 위해 추가될 수 있다. 예를 들어, 도 19는 스페클 계측 어셈블리(1920)가 계측 모듈 내에 들어맞는 것을 가능케 하기 위해 공간을 줄이기 위한 추가적인 폴딩 미러(1910)를 나타낸다.In some embodiments, additional features can be added to compensate for space limitations in some metrology modules. For example, FIG. 19 shows an
스페클 계측 어셈블리(1800)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 비용 절감을 위해, 2D 이미징 기능을 갖춘 카메라(1330)를 공유할 수 있다. 도 20은 프로파일 계측부(2010), 다이버전스 계측부(2020), 및 스페클 계측부(2030)의 카메라(1330) 상에서의 도식적인 레이아웃을 나타낸다. 2D 이미징 및 스페클 계측 빔은, 분할 미러(split mirror), 빔 스플리터 또는 기타 광학소자를 사용하여 카메라(1330)(또는 형광 플레이트) 상에서 서로 이웃하게 배치될 수 있다.The
상술의 실시 형태에서 설명된 바와 같이, 셔터 미러(230) 셔터 프리즘(330), 편광 회전기(730), 편광 회전기(1300), 및 기타 광학부 또는 광선 검출 장치가 일시적으로, 메인 빔 또는 서브 빔의 광선 경로에 삽입된다. 이러한 요소는 전기 DC 모터, 공압 실린더 또는 다른 메커니즘에 의해 수동으로 작동될 수 있다. 모터 혹은 공압 실린더가 요소를 작동시키는 데 사용되는 경우, 모터 또는 공압 실린더는, 퍼지 용적부의 오염을 피하기 위해, 퍼지 용적부의 바깥쪽에 위치될 수 있다. 기계적 피드스루(feedthrough)는, 그러면, 퍼지 용적부 내부의 요소(예를 들어, 셔터 미러(230), 편광 회전기(730), 파워 센서(140) 등)를 구동하는 전기적 또는 공압적 액츄에이터를 연결하는 데 사용된다.As described in the above embodiments, the
예를 들어, 도 21과 도 22를 참조하면, 포지셔닝 어셈블리(2100)는, 회전 샤프트 씰(2110), 레버 아암(2120), 회전 액추에이터(2130), 및 구동될 요소(2140)(예컨대, 미러 등의 광학 요소가 될 수 있음)을 포함한다. 회전 샤프트 씰(2110)은 기계적 피드스루를 씰링하는 데 사용된다. 대안적으로, 마그네틱 커플링 장치와 같은 진공 씨일링된 피드 스루 방법이 적용될 수 있다. 액츄에이터(2130)는 수동으로 구동되거나 아니면, 예컨대, 공압 또는 전기 DC 모터에 의해 구동될 수 있다. 액츄에이터(2130)는 규정된 각도, 예컨대, 45°혹은 90°로, 액츄에이터에 통합된 단계들로 회전을 수행할 수 있다. 액츄에이터(2130)는 요소(2140)가 이동되도록 레버 아암(2120)을 회전시킨다.For example, referring to FIGS. 21 and 22, the
리니어 액츄에이터는 광학 또는 기계 부품, 예컨대, 셔터 미러나 파워미터를 구동하는 데 사용된다. 리니어 액츄에이터는 공압 또는 자기적으로 구동된다. 도 23a를 참조하면, 액추에이터 장치(2300)는 가스 공급 라인(2130)(예컨대, 질소), 소켓(2320), 벨로우(bellow, 2330), 공압 실린더(2340), 및 작동부재(2360)를 수용하기 위한 장착부(2350)(예컨대, 미러 등의 광학부재)를 포함한다. 벨로우(2310)는 작동부재(2360)를 위 아래로 구동하는 공압 실린더(2340)를 씰링한다. 벨로우(2310)는 많은 작동 사이클을 견딜 수 있어야 한다. 벨로우(2310)는, 퍼지 용적부 밖에 위치한 액츄에이터로부터, 부재(2140)가 탑재되는 공간안의 퍼지 용적부를 분리한다. 마그네틱 커플링 장치는 회전과 선형 작동의 모두를 위해 사용된다.Linear actuators are used to drive optical or mechanical components, such as shutter mirrors or power meters. The linear actuator is pneumatically or magnetically driven. Referring to FIG. 23A, the
개괄적으로, 레이저 시스템(예컨대, 레이저 시스템(100))은 다양하게 응용되어 사용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 레이저 시스템은 리소그래피 노광 장치의 소스부로 사용된다. 도 24를 참조하면, 예를 들어, 레이저 시스템(100)은 리소그래피 장치(10)의 소스부이다. 투영 노광 장치(10)는 프로젝션 라이트(13)의 생성을 위한 조명 시스템(12)을 포함하고, 조명 시스템(12)은 광원(14)과, 도면부호 16이 가리키는 조명 광학부, 및 조리개(18)로 구성된다. 도시된 실시예에서, 프로젝션 라이트(13)는 193nm의 파장 λ를 갖는다. 투영 노광 장치(10)는 또한, 다수의 렌즈를 포함하는 투영 렌즈(20)를 포함하는데, 자명하기 때문에 일부만 도 24에 예로서 표시되고, 도면부호 L1 내지 L5로 표시된다.In general, laser systems (eg, laser system 100) may be used in a variety of applications. In some embodiments, the laser system is used as the source portion of the lithographic exposure apparatus. Referring to FIG. 24, for example,
투영 렌즈(20)는, 감광층(photosensitive layer, 26)상에서 축소된 스케일로, 투영 렌즈(20)의 오브젝트 평면(object plane, 22)에 배열된 마스크(24)를 이미징하는데 사용된다. 감광층(26)은, 예를 들면, 포토 레지스트로 구성되며, 투영 렌즈(20)의 이미지 평면(28)에 배열되어, 캐리어(30)에 적용된다.The
캐리어(30)는, 횡단이동장치에 의해, 이미지 평면(28)에 대해 평행하게 이동 가능한, 양푼(basin)과 같은 상방 개방형 컨테이너(32)의 바닥에 고정된다(상세의 도시 생략). 상기 컨테이너(32)는, 투영 노광 장치(10)가 작동중에, 침지액(34)에 잠겨있는 이미지측에서 투영 렌즈(20)의 마지막 렌즈(L5)가 침지하는 수준까지 침지액(34)으로 채워진다. 렌즈를 대신하여, 이미지측에서의 투영 렌즈(20)의 마지막 광학소자는, 예를 들어, 병렬평면형 터미널 플레이트(terminal plate)일 수 있다. 침지액(34)의 굴절률은 대략 감광층(26)의 굴절률과 일치한다. 193nm 또는 248nm의 파장을 갖는 프로젝션 라이트의 경우, 침지액(34)으로서, 예를 들어, 고순도의 탈이온수가 가용하다.The
컨테이너(32)는, 인렛 파이프(inlet pipe, 36)와 아웃렛 파이프(outlet pipe, 38)를 통해, 침지액(34)의 정화를 위한 순환 펌프 및 필터를 포함한 부재가 수용되는 조절 유닛(conditioning unit, 40)에 연결된다. 조절 유닛(40), 인렛 파이프(36), 아웃렛 파이프(38), 및 컨테이너(32)는 함께, 침지액이 정화되고 일정한 온도를 유지하는 동안 순환되도록 하는 42로 표시한 침지 장치를 형성한다. 침지액(34)의 절대 온도는 가능한한 정확하게 셋팅되어야 하는데, 이는 기준 온도로부터 벗어나면, 초점 에러와 이미지쉘의 결점에 의해 투영 렌즈(20)에 의한 이미징이 악화되기 때문이다. 그러한 이미징의 악화은 결국 노광에 사용할 수 있는 프로세스 윈도우의 크기 감소로 이어진다.The container 32 is a conditioning unit in which a member including a circulation pump and a filter for purifying the immersion liquid 34 is accommodated through an inlet pipe 36 and an outlet pipe 38. , 40). The adjusting
레이저 시스템(100)의 다른 용도는, 예를 들면, 평판패널부재의 어닐링(annealing), 눈 수술과 같은 외과 용도, 및 피부과 치료 용도를 포함한다. 그외 실시 형태는 청구항들에 기재된다.Other uses of
Claims (76)
레이저;
상기 레이저와, 상기 레이저 시스템 작동 중에 상기 레이저로부터의 레이저 광선(laser radiation)을 받도록 배치된 제1 챔버로 이루어지는 하우징;
상기 제1 챔버를 인접 챔버와 분리하고, 레이저 광선의 경로에 배치되며, 상기 제1 챔버와 상기 인접 챔버 사이에 창을 형성하는 제1 광학소자;
상기 제1 광학소자로부터의 상류 또는 하류의 광선의 경로에 배치된 빔 스플리터(beam splitter); 및
광선 검출 장치를 포함하고;
작동 중에, 상기 빔 스플리터가 레이저 광선을 받아, 레이저 광선의 제1 부분을 메인 빔으로서 투과하며(transmit), 레이저 광선의 제2 부분을 제1 서브 빔으로서 상기 광선 검출 장치로 지향시키는(direct) 레이저 시스템.As a laser system,
laser;
A housing comprising the laser and a first chamber disposed to receive laser radiation from the laser during operation of the laser system;
A first optical element that separates the first chamber from an adjacent chamber, is disposed in a path of a laser beam, and forms a window between the first chamber and the adjacent chamber;
A beam splitter disposed in a path of light upstream or downstream from the first optical element; And
A light detection device;
In operation, the beam splitter receives the laser beam, transmits a first portion of the laser beam as the main beam and directs the second portion of the laser beam as the first sub beam to the beam detection device. Laser system.
상기 제1 조리개와 제2 조리개 사이의 경로에서 상기 챔버 내에 배치된 제1 빔 스플리터;
상기 제2 조리개에 위치된 광학소자; 및
광선 검출 장치를 포함하고,
상기 빔 스플리터는, 상기 제1 조리개를 통과하는 경로를 따라 상기 챔버로 들어가는 광선을 받아들이고, 광선의 일부를 메인 빔으로서 추가적인 광학소자로 지향시키며, 레이저 광선의 제2 부분을 제1 서브 빔으로서 상기 광선 검출 장치로 지향시키도록 위치되는 어셈블리.A chamber consisting of a first wall and a second wall opposite the first wall, the first wall comprising a first aperture and the second wall comprising a second aperture;
A first beam splitter disposed in the chamber in a path between the first and second apertures;
An optical element positioned in the second aperture; And
Including a ray detection device,
The beam splitter accepts light rays entering the chamber along a path through the first aperture, directs a portion of the light beam as a main beam to an additional optical element, and directs the second portion of the laser beam as the first sub beam. An assembly positioned to direct the light detection device.
챔버;
상기 챔버 안에 배치되어, 작동 중에 레이저로부터의 광선을 받아, 광선의 일부를 메인 빔으로서 제1 빔 경로를 따라 지향시키고, 광선의 제2 부분을 제1 서브 빔으로서 제2 빔 경로를 따라 지향시키는 제1 빔 스플리터;
광선 검출 장치;
상기 제1 서브 빔을 받도록 배치되어, 상기 제1 서브 빔으로부터 제2 서브 빔을 도출하여, 상기 제2 서브 빔을 상기 광선 검출 장치로 지향시키는 제2 빔 스플리터; 및
상기 제1 빔 스플리터와 제2 빔 스플리터 사이의 제1 서브 빔의 경로에 배치되어, 상기 제1 서브 빔의 편광 상태를 변경하도록 구성된 광학 장치를 포함하는 장치.A device for measuring information about the polarization of a laser beam,
chamber;
Disposed in the chamber to receive a beam of light from the laser during operation to direct a portion of the beam along the first beam path as the main beam and to direct a second portion of the beam along the second beam path as the first sub-beam. A first beam splitter;
A ray detection device;
A second beam splitter arranged to receive the first sub beam, to derive a second sub beam from the first sub beam, and direct the second sub beam to the light detection apparatus; And
And an optical device disposed in a path of a first sub beam between the first beam splitter and a second beam splitter, the optical device configured to change a polarization state of the first sub beam.
제1 빔 스플리터;
제2 빔 스플리터; 및
광선 검출 장치를 포함하고,
작동 중에:
제1 빔 스플리터는, 레이저로부터 광선을 받아, 광선의 일부를 메인 빔으로서 제1 빔 경로를 따라 지향시키고, 및 광선의 제2 부분을 제1 서브 빔으로서 제2 빔 경로를 따라 지향시키며;
제2 빔 스플리터는 제1 서브 빔을 받도록 배치되어, 제1 서브 빔으로부터 제2 서브 빔을 도출하여, 제2 서브 빔을 광선 검출 장치에 지향시키고; 및
제1 빔 스플리터와 제2 빔 스플리터는, 제1 빔 스플리터에 대한 레이저 빔의 입사 평면이, 제2 빔 스플리터에 대한 레이저 빔의 입사 평면과 평행하지 않도록 설정되는 장치.A device for measuring information about the polarization of a laser beam,
A first beam splitter;
A second beam splitter; And
Including a ray detection device,
During operation:
The first beam splitter receives a beam of light from a laser, directs a portion of the beam as a main beam along the first beam path, and directs a second portion of the beam as a first sub-beam along the second beam path;
The second beam splitter is arranged to receive the first sub beam, derive a second sub beam from the first sub beam, and direct the second sub beam to the ray detection apparatus; And
The first beam splitter and the second beam splitter are set such that the plane of incidence of the laser beam with respect to the first beam splitter is not parallel to the plane of incidence of the laser beam with respect to the second beam splitter.
상기 제3 빔 스플리터는 제2 빔 스플리터의 투과된 빔의 경로에 위치하며,
작동 중에, 제3 빔 스플리터는 제2 광선 검출 장치로의 투과된 빔으로부터 제3 서브 빔을 도출하고, 및
상기 제3 빔 스플리터는, 제3 빔 스플리터에 대한 레이저 빔의 입사 평면이, 제1 빔 스플리터에 대한 레이저 빔의 입사 평면과 평행하도록 구성되는 장치.The apparatus of claim 48, further comprising a third beam splitter and a second light ray detection device,
The third beam splitter is located in the path of the transmitted beam of the second beam splitter,
In operation, the third beam splitter derives the third sub beam from the transmitted beam to the second light detection device, and
And the third beam splitter is configured such that the plane of incidence of the laser beam with respect to the third beam splitter is parallel to the plane of incidence of the laser beam with respect to the first beam splitter.
레이저로부터의 레이저 광선을 메인 빔과 서브 빔으로 분리하는 단계;
상기 서브 빔의 출력 또는 에너지에 대한 제1 계측을 행하는 단계;
상기 서브 빔의 출력 또는 에너지에 대한 제2 계측을 행하는 단계로서, 상기 서브 빔의 편광 상태를 변경하는 단계를 포함하는, 제2 계측을 행하는 단계; 및
상기 제1 계측과 제2 계측을 기초로 레이저 빔의 편광에 대한 정보를 결정하는 단계를 포함하고,
상기 정보를 결정하는 단계는 상기 제1 계측 및 제2 계측의 출력 또는 에너지 간의 비율 또는 차이를 계산하는 단계를 포함하는 방법.A method of monitoring information about the polarization state of a laser beam,
Separating the laser beam from the laser into a main beam and a sub beam;
Making a first measurement of the output or energy of the sub-beam;
Making a second measurement of the output or energy of the sub-beam, comprising: changing the polarization state of the sub-beam; And
Determining information about polarization of a laser beam based on the first measurement and the second measurement,
Determining the information includes calculating a ratio or difference between the output or energy of the first and second measurements.
레이저 빔으로부터 제1 서브 빔과 제2 서브 빔을 도출하는 단계;
제1 광선 검출 장치를 사용하여 상기 제1 서브 빔의 출력 또는 에너지에 대한 제1 계측을 행하는 단계;
상기 제1 광선 검출 장치와 상이한 제2 광선 검출 장치를 사용하여 상기 제2 서브 빔의 출력 또는 에너지에 대한 제2 계측을 행하는 단계; 및
상기 제1 계측과 제2 계측을 기초로 레이저 빔의 편광 상태에 대한 정보를 결정하는 단계를 포함하고,
상기 편광 상태에 대한 정보를 결정하는 단계는 상기 제1 계측 및 제2 계측의 출력 또는 에너지 간의 비율 또는 차이를 계산하는 단계를 포함하는 방법.A method of monitoring information about the polarization state of a laser beam,
Deriving a first sub beam and a second sub beam from a laser beam;
Making a first measurement of the output or energy of the first sub-beam using a first ray detection device;
Performing a second measurement on the output or energy of the second sub-beam using a second light detection device different from the first light detection device; And
Determining information about a polarization state of a laser beam based on the first measurement and the second measurement,
Determining the information about the polarization state includes calculating a ratio or difference between the output or energy of the first and second measurements.
레이저 빔으로부터 제1 서브 빔과 제2 서브 빔을 도출하는 단계;
제1 광선 검출 장치와 제2 광선 검출 장치를 각각 사용하여 상기 제1 서브 빔과 제2 서브 빔의 출력 또는 에너지에 대한 제1 계측을 행하는 단계;
제1 광선 검출 장치와 제2 광선 검출 장치를 각각 사용하여 상기 제1 서브 빔과 제2 서브 빔의 출력 또는 에너지에 대한 제2 계측을 행하는 단계로서, 상기 제1 계측이나 상기 제2 계측을 행하는 단계는 상기 제1 서브 빔의 편광 상태를 회전시키는 단계를 포함하는, 제2 계측을 행하는 단계;
상기 제1 계측에 기초하여 캘리브레이션 계수를 결정하는 단계로서, 상기 제1 서브 빔의 에너지의 제1 계측과, 상기 제2 서브 빔의 에너지의 제1 계측 사이의 비율 또는 차이를 계산하는 단계를 포함하는, 캘리브레이션 계수 결정 단계; 및
상기 제2 계측과 캘리브레이션 계수를 기초로 레이저 빔의 편광 상태에 대한 정보를 결정하는 단계를 포함하고,
상기 편광 상태에 대한 정보를 결정하는 단계는 제1 서브 빔과 제2 서브 빔의 에너지에 대한 제2 계측 간의 비율과 차이를 계산하는 단계를 포함하는 방법.A method of monitoring information about the polarization state of a laser beam,
Deriving a first sub beam and a second sub beam from a laser beam;
Performing a first measurement on the output or energy of the first sub beam and the second sub beam using a first light beam detection device and a second light beam detection device, respectively;
Performing a second measurement on the output or energy of the first sub-beam and the second sub-beam by using a first light-detection device and a second light-detection device, respectively, to perform the first measurement or the second measurement Performing a second measurement, comprising rotating the polarization state of the first sub-beam;
Determining a calibration factor based on the first measurement, comprising: calculating a ratio or difference between a first measurement of energy of the first sub-beam and a first measurement of energy of the second sub-beam A calibration coefficient determination step; And
Determining information about a polarization state of a laser beam based on the second measurement and calibration coefficients,
Determining information about the polarization state includes calculating a ratio and a difference between the second measurement on the energy of the first subbeam and the second subbeam.
레이저 빔으로부터 서브 빔을 도출하도록 배치되는 빔 스플리터;
작동 중에 센서 상의 광선의 위치의 변화를 모니터링하는 센서;
상기 빔 스플리터와 광선의 상기 센서 사이의 서브 빔의 경로에 배치되고, 상기 서브 빔을 상기 센서 상에 집속하는 광학소자; 및
상기 광학소자와 상기 센서 사이에 배치되는 형광(fluorescent) 플레이트를 포함하고,
작동 중에, 상기 형광 플레이트가 제1 파장의 서브 빔의 광선을 흡수하고, 광선을 상기 제1 파장과 상이한 제2 파장으로 방출하며, 제2 파장의 광선은 상기 센서에 의해 검출 가능한 장치.A device for monitoring a change in the propagation direction of a laser beam,
A beam splitter arranged to derive the sub beam from the laser beam;
A sensor for monitoring a change in the position of the light beam on the sensor during operation;
An optical element disposed in a path of a sub beam between the beam splitter and the sensor of a light beam and focusing the sub beam on the sensor; And
A fluorescent plate disposed between the optical element and the sensor,
In operation, the fluorescent plate absorbs light rays of a sub beam of a first wavelength, emits light rays at a second wavelength different from the first wavelength, and the light rays of the second wavelength are detectable by the sensor.
청구항 64의 장치를 포함하는 시스템으로서, 상기 시스템의 작동 중에, 상기 레이저가 레이저 빔을 제공하여, 상기 레이저 빔으로부터 상기 빔 스플리터가 상기 서브 빔을 도출하는 시스템.laser; And
67. A system comprising the apparatus of claim 64, wherein during operation of the system the laser provides a laser beam such that the beam splitter derives the sub beam from the laser beam.
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